برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

پایان نامه دکتری سازه­ های آبی

عنوان:

تعیین تنش برشی کف و دیواره در کانالهای مرکب با بهره گیری از روشهای اندازه حرکت و انرژی

 

 

استاد راهنما:

دکتر منوچهر فتحی مقدم

اساتید مشاور:

دکتر سید حبیب موسوی جهرمی-دکتر محمود بینا

 

مهر 1391

 

 

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                         صفحه

فصل اول: مقدمه و تئوری                                                                                  

  • مقدمه                                                                                                         2
  • معادلات پایه                                                                                                4
  • تئوری لایه مرزی                                                                                           8

1-3-1- ضخامت لایه مرزی                                                                                   10

1-3-1-1-طبقه بندی علمی                                                                                   10

1-3-1-2-طبقه بندی مهندسی                                                                                12

1-4-توزیع تنش                                                                                                 16

1-5-تئوری پژوهش                                                                                              17

1-6-ساختار پایان نامه                                                                                           19

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته                                                                    

2-1- مقدمه                                                                                                      22

2-2- روشهای مختلف اندازه گیری تنش برشی                                                             2

2-2-1- روش مستقیم                                                                                         23

2-2-2- روش غیر مستقیم                                                                                     28

2-2-2-1- روش مقاومت در برابر جریان                                                                  28

2-2-2-2- اندازه گيري پروفيل سرعت                                                                     29

2-2-2-3- بهره گیری از تنش رينولدز                                                                        30

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

2-2-2-4- روش انرژي متلاطم                                                                              30

2-2-2-5- روش لوله پرستون                                                                             31

2-2-2-6- روش مانع سطحي                                                                                32

2-2-2-7- روش نيم كره FST                                                                               33

2-2-2-8- روش قانون تنش مرتبه دوم                                                                     34

2-2-2-9- روش كاهش سرعت جريان                                                                     34

2-2-2-10- روش تبادل گرما                                                                                35

2-2-2-11- روش تغيير و انحلال مايع                                                                     36

2-2-2-12- روش قطب سنجي                                                                             37

2-3-مطالعه گزارش های علمی در خصوص تعیین تنش برشی در مجاری روباز

2-3-1-مطالعات انیشتین                                                                                       38

2-3-2-مطالعات لین                                                                                             39

2-3-3-مطالعات پرستون                                                                                       40

2-3-4-مطالعات ونوني و بروكس                                                                          41

2-3-5-مطالعات آیپن و درنکر                                                                                 41

2-3-6-مطالعات پاتل                                                                                         42

2-3-7-مطالعات رسته مهندسین ارتش آمریکا                                                               44

2-3-8-مطالعات ويليامز                                                                                     45

2-3-9-مطالعات كارتا و لدسر                                                                                 45

2-3-10-مطالعات برترالد                                                                                     46

2-3-11-مطالعات نايت و همكاران                                                                          46

2-3-12-مطالعات نایت و پاتل                                                                               47

2-3-13-مطالعات کساب                                                                                      48

2-3-14-مطالعات ردز و نایت                                                                                 49

2-3-15-مطالعات بچرت                                                                                       50

2-3-16-مطالعات زاگارولا و اسمیت                                                                         50

2-3-17-مطالعات وو و راجاراتنام                                                                         50

2-3-18-مطالعات ردز و نیو                                                                                  51

2-3-19-مطالعات پراسد و منسن                                                                             51

2-3-20-مطالعات برلامنت و همکاران                                                                  52

2-3-21-کریشنپن و انگل                                                                                    52

2-3-22-مطالعات بایرون و همکاران                                                                       53

2-3-23-مطالعات يانگ و ليم                                                                                 54

2-3-24-مطالعات جئو و جولين                                                                             56

2-3-25-مطالعات لیم و یانگ                                                                                57

2-3-26-مطالعات چنگ و چو                                                                               59

2-3-27-مطالعات پاپ و همکاران                                                                           60

2-3-28-مطالعات تامسون و همکاران                                                                       61

2-3-29 مطالعات لشکرآرا و همکاران                                                                      61

2-3-30 مطالعات جاعل و همکاران                                                                          62

2-4-مطالعه گزارش های علمی در خصوص تعیین تنش برشی در مجاری مرکب                   62

2-4-1- مطالعات نایت و حامد                                                                               64

2-4-2- مطالعات الخطیب و همکاران                                                                      65

2-4-3- مطالعات پاترا و کار                                                                               66

2-4-4- مطالعات هلمیو                                                                                       67

2-4-5- مطالعات افضلی مهر و همکاران                                                                   67

2-4-6- مطالعات خاتوا و پاترا                                                                               67

2-4-7- مطالعات رامشواران و همکاران                                                                   69

2-4-8- مطالعات یو و تان                                                                                   70

2-4-9- مطالعات مک ویلیامز و همکاران                                                                   70

2-4-10- مطالعات پلیتر و همکاران                                                                        70

2-4-11- مطالعات کاکورای و همکاران                                                                     71

2-4-12- مطالعات بیلگیل                                                                                  71

2-4-13- مطالعات ورماس و همکاران                                                                     72

2-4-14- مطالعات موهانتی و همکاران                                                                   73

فصل سوم: مواد و روشها

3-1- مقدمه                                                                                                                                   75

3-2- مدل فيزيکي مورد نیاز و انجام آزمایشات                                                                                75

3-2-1- فلوم آزمایشگاهی و سیستم ورود و خروج جریان                                                                75

3-2-1-1- ساخت و نصب فلوم لبه چاقويي                                                                                     78

3-3- تجهيزات اندازه­گيري                                                                                                             83

3-3-1-اندازه گيري سرعت جريان                                                                                                83

3-3- 2- اندازه گیری تنش برشی                                                                                                     83

3-3-2-1 لوله پرستون                                                                                                                    83

3-3-2-2- فلوم لبه چاقویی                                                                                                             85

3-3-3-وسایل اندازه گیری فشار                                                                                                     85

3-3-3-1-اندازه گيري فشار ديناميك                                                                                             85

3-3-3-2-اندازه­گيري فشار استاتیک                                                                                               87

3-3-4 اندازه­گیری دبی، تراز سطح آب و دمای آب                                                                         88

3-3-4-1 اندازه­گیری دبی                                                                                                              88

3-3-4-2 اندازه­گيري تراز سطح آب                                                                                               88

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

3-3-4-3 اندازه­­گیری دمای آب                                                                                                     89

3-3-5 اندازه­گیری نیرو                                                                                                                    89

3-3-5-1 اندازه­گيري بار ديناميك                                                                                                   89

3-4 واکاوی ابعادی                                                                                                                             91

3-4-1 آناليز ابعادي تنش برشي جداره و كف در مجاري مستطيلي مرکب                                         92

3-5 ایجاد زبری به مقصود مطالعه نحوه توزیع تنش برشی مرزی                                                         95

3-5-1 توضیح در خصوص بهره گیری از سنباده در آزمایشات                                                               97

3-6 تشریح کلی هر سری از آزمایشات                                                                                            98

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1- مقدمه                                                                                                     102

4-2 تنش برشی مرزی در بستر صاف                                                                       105

4-2-1-اندازه گیری تنش برشی مرزی در بستر صاف به روش انرژی                                 105

4-2-1-1 صحت سنجی نتایج                                                                               108

4-2-1-2- مقایسه توزیع تنش مرزی پژوهش حاضر با محققین قبلی                                   118

4-2-1-3 مقایسه نتایج حاصل از روش انرژی و مومنتوم برای بستر صاف                          120

4-3 تنش برشی در بستر زبر                                                                                 122

4-3-1 اندازه گیری تنش برشی در بستر با زبری 1 میلیمتر                                             123

4-3-2 مقایسه نتایج حاصل از روش انرژی و مومنتوم برای بستر با زبری 1 میلیمتر                 125

4-3-3 مقایسه نتایج حاصل از تنش برشی در بستر صاف و زبری بستر 1 میلیمتر به روش انرژی 130

4-3-4 مقایسه نتایج حاصل از تنش برشی در بستر صاف و زبری بستر 1 میلیمتر به روش ومنتوم133

4-4 اندازه گیری تنش برشی در بستر با زبری های 55/3 و 15/7 میلیمتر                             135

4-5 مقایسه نتایج حاصل از محاسبه تنش برشی در بسترهای مختلف به روش انرژی               136

4-6 مقایسه نتایج حاصل از محاسبه تنش برشی در بسترهای مختلف به روش مومنتوم            138

4-7 بحث و نتیجه گیری                                                                                       140

4-8- نوآوری                                                                                                146

فصل پنجم: پیشنهادات

5-1 مقدمه                                                                                                       149

5-2 پیشنهادات                                                                                                 150

منابع                                                                                                        153

ضمیمه 1: جداول مقادیر پارامترهای مختلف هر یک از بسترها در هر یک از کلاسهای آزمایشی

ضمیمه 2: نمودارهای مربوط به بستر با زبری های 55/3 و 15/7 میلیمتر

 

 

 

 

 

 

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                           صفحه

فصل اول: مقدمه و تئوری                                                                                  

شكل(1-1) پروفیل سرعت در جریان آشفته و منحنی تنش                                               3

شکل (1-2) نیروهای موثر بر منشور سیال                                                                   5

شكل (1-3) تبديل لايه مرزي آرام به متلاطم                                                                  9

شكل (1-4) نواحي موجود در جريان از ديد تأثير ديوار و بستر بر ساختار جريان(انيشتين،1942)   10

شكل (1-5) طبقه بندي علمي ناحيه هاي جريان                                                                                                    12

شكل (1-6) طبقه بندي مهندسي براي نواحي جريان                                                         13

شكل (1-7) توزيع تنش برشي در مقطع كانال(لین، 1953)                                                14

شكل(1-8) حداكثر نيروي كشش ايجاد شده روي بدنه و بستر كانال                                     15

شكل(1-9) نسبت حداكثر تنش برشي ايجاد شده به در كف و بدنه كانال براي حالت خاص 15

شكل (1-10) نحوه اثر جریانهای ثانویه بر توزیع تنش برشی جداره و کف در یک مجرای روباز
مستقیم                                                                                                             16

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

شكل(2-1) انواع نيروهاي وارد بر المان شناور                                                               24

شكل(2-2) ساختار المان شناور سطحي بهره گیری شده توسط براون و چوبرت(1969) براي اندازه گيري
تنش برشي                                                                                                          26

شكل(2-3) وسيله مورد بهره گیری توسط فري و تامن                                                         27

شكل(2-4) لوله ‌استنتون                                                                                         33

شكل (2-5) ساختار حصار زير لايه                                                                           33

شکل (2-6) نواحي چند گانه تقسيم شعاع هيدروليكي به روش انیشتين                                 38

شکل(2-7) حداكثر نيروي مالشي در كف و ديواره پیشنهاد شده توسط لین                            40

شكل(2-8) توزيع تنش برشي در آبراهه منحني ذوزنقه اي                                                 42

شکل (2-9)منحني كاليبراسيون ارائه شده توسط پاتل                                                       44

شكل(2-10) حداكثر تنش برشي بستر در انحنای آبراهه                                                     45

شكل(2-11) منحني كاليبراسيون ارائه شده توسط کساب جهت تعیین سرعت برشی در روش
لوله پرستون                                                                                                     49

شکل(2-12) توزيع تنش برشي به عنوان تابعي از سرعت زاویه‌ای فلوم                                 53

شکل(2-13) نمادهای مورد بهره گیری در معادله یانگ و لیم                                                 56

شكل (2-14)‌ لوله های دایره ای با بستر صاف                                                               59

شكل(2-15) ساختار آنولار فلوم                                                                               60

شکل (2-16) گردابه های بزرگ ایجاد شده در ناحیه انتقالی در کانال مرکب مستطیلی                 63

شکل (2-17) ساختار منسجم گردابه­های بزرگ در لایه اختلاط با بهره گیری از تزریق رنگ در کانالهای
مرکب                                                                                                               64

شکل (2-18) نتایج تحقیقات نایت و دمیتریوس بر روی کانال مرکب مستطیلی                         68

شکل(2-19) مقایسه نتایج خاتوا و پاترا با نتایج پاترا و کار                                                 69

فصل سوم: مواد و روشها

شکل (3-1) نمای شماتیک و پلان فلوم آزمایشگاهی                                                       76

شکل(3-2) نمای جانبی از فلوم به همراه تجهیزات ورودی و خروجی جریان                           78

شکل(3-3) نمایی از بخش متحرک فلوم (بخش لبه چاقویی)                                               79

شکل(3-4) نمایی از حسگر بار دینامیک                                                                      79

شکل (3-5) نمای شماتیک مقطع حالت اول                                                                 80

شکل (3-6) نمای شماتیک مقطع حالت دوم                                                                  81

شکل (3-7) نمای شماتیک مقطع حالت سوم                                                                 81

شکل (3-8) انجام آزمایشات در بستر زبر                                                                      82

شکل(3-9) نمای شماتیک لوله پرستون                                                                       84

شکل(3-10) نحوه قرارگیری لوله پرستون در کانال                                                         84

شکل(3-11) سيستم مبدل اندازه­گيري نوسانات فشار                                                       86

شکل(3-12) سيستم فشارسنج تفاضلی                                                                       87

شکل (3-13) ارتفاع سنج سوزنی دیجیتال                                                                    89

شکل (3-14) نمایی از حسگر بار دینامیک و نشانگر الکتریکی متصل به آن                             91

شكل (3-15) نمای شماتیک مقطع مرکب                                                                                                                95

شکل (3-16) رسوبات چسبانده شده بر روی فلوم                                                           97

شکل (3-17) نمونه مصالح آماده شده جهت انجام آزمایشات                                             98

فصل چهارم: نتایج و بحث

شکل (4-1) تقسیم بندی کانال مرکب مستطیلی به اجزاء تشکیل دهنده آن                             104

شکل (4-2) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کف دشت سیلابی در بستر صاف       109

شکل (4-3) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کف دشت سیلابی در بستر صاف     109

شکل (4-4) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کانال اصلی در بستر صاف               110

شکل (4-5) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کانال اصلی در بستر صاف             110

شکل (4-6) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای دیواره دشت سیلابی در بستر صاف   111

شکل (4-7) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای دیواره دشت سیلابی در بستر صاف   111

شکل (4-8) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای دیواره کانال اصلی در بستر صاف       112

شکل (4-9) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای دیواره کانال اصلی در بستر صاف     112

شکل (4-10) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کل بخش سیلابی در بستر صاف    113

شکل (4-11) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کل بخش سیلابی در بستر صاف     113

شکل (4-12) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کل کانال اصلی در بستر صاف         114

شکل (4-13) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کل کانال اصلی در بستر صاف       114

شکل (4-14) تغییرات درصد تنش برشی بخش میانی مجازی در برابر نسبت شکل در بستر صاف115

شکل (4-15) تغییرات درصد تنش برشی بخش میانی مجازی در برابر نسبت عمق در بستر صاف 115

شکل (4-16) تغییرات نسبت تنش در کف دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف         116

شکل (4-17) تغییرات نسبت تنش در دیواره دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف       117

شکل (4-18) تغییرات نسبت تنش در دیواره کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف         117

شکل (4-19) تغییرات نسبت تنش در کف کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف           118

شکل (4-20) مقایسه نتایج پژوهش حاضر با نتایج نایت و دمیتریوس                                                    119

شکل (4-21) مقایسه نتایج پژوهش حاضر با نتایج خاتوا و پاترا                                                             119

شکل(4-22) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 1 در بستر صاف                                 120

شکل(4-23) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 2 در بستر صاف                                 121

شکل(4-24) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 3 در بستر صاف                                 121

شکل (4-25) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کف دشت سیلابی در بستر با زبری 1 میلیمتر         124

شکل (4-26) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کف دشت سیلابی در بستر با زبری 1 میلیمتر       124

شکل (4-27) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کانال اصلی در بستر با زبری 1 میلیمتر                    125

شکل (4-28) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کانال اصلی در بستر با زبری 1 میلیمتر                125

شکل(4-29) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 1 در بستر با زبری 1 میلیمتر                             126

شکل(4-30) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 2 در بستر با زبری 1 میلیمتر                             126

شکل(4-31) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 3 در بستر با زبری 1 میلیمتر                             127

شکل (4-32) تغییرات نسبت تنش در کف دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1
میلیمتر                                                                                                                                                        128

شکل (4-33) تغییرات نسبت تنش در دیواره دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1
میلیمتر                                                                                                                                                        128

شکل (4-34) تغییرات نسبت تنش در کف کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با

زبری 1 میلیمتر                                                                                                                                            129

شکل (4-35) تغییرات نسبت تنش در دیواره کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1 میلیمتر                                                                                                                                                        129

شکل (4-36) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 1 در برابر عمق                 130

شکل (4-37) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 2 در برابر عمق                 130

شکل (4-38) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 3 در برابر عمق                 131

شکل (4-39) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل
در کلاس 1                                                                                                                                              132

شکل (4-40) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل

در کلاس 2                                                                                                                                                             132

شکل (4-41) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در

کلاس 3                                                                                                                                                                   133

شکل (4-42) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در

کلاس 1                                                                                                                                                                     134

شکل (4-43) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در

کلاس 2                                                                                                                                                                                     134

شکل (4-44) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در

کلاس 3                                                                                                                                                                                       135

شکل (4-45) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 1   136

شکل (4-46) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 2   137

شکل (4-47) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 3   137

شکل (4-48) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 1 139

شکل (4-49) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 2 139

شکل (4-50) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 3 140

 


 

 

 

 

 

 

فصل اول

 

مقدمه و تئوری

 

 

 


 

  • مقدمه

 

اطلاعات در خصوص طبیعت توزیع جریان در یک کانال ساده و مرکب نیازمند حل متغیرهای مسائل هیدرولیک رودخانه­ها و مسائل مهندسی نظیر مفهوم ارتباط مقاومت جریان، مکانیسم انتقال رسوب، طراحی کانال پایدار، پوشش کانالها و … می باشد.

تعیین دقیق تنش برشی بستر و دیواره از دیدگاه تئوریک و همچنین از دیدگاه مسائل کاربردی نظیر تأثیر آن در مطالعات فرسایش و رسوبگذاری و طراحی پوشش­های حفاظتی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. کانالهای مرکب شامل یک کانال اصلی عمیق و یک یا دو دشت سیلابی در اطراف آن می­باشند که بصورت نسبی عمق کمتری نسبت به کانال اصلی دارند. مطالعات هیدرولیکی بر روی این کانالها به دلیل تاثیر متقابل دشتهای سیلابی و کانال اصلی بمراتب پیچیده تر از کانالهای معمولی می باشد.

زمانیکه عمق جریان در یک کانال طبیعی از عمق مجاز کانال تجاوز می­کند، دشتهای سیلابی را که در مجاورت آن قرار دارند پوشانیده و بخشی از جریان در دشتهای سیلابی حمل می­گردد. بدلیل تفاوت شرایط هیدرولیکی بین دو مقطع (کانال اصلی و دشتهای سیلابی)، سرعت متوسط در کانال اصلی با دشتهای سیلابی متفاوت می گردد (سرعت متوسط در کانال اصلی بسیار بیشتر از سرعت در دشت سیلابی می باشد). پس جریان در کانال اصلی با شتاب بیشتری بر روی دشتهای سیلابی اعمال می­گردد. این فرایند باعث انتقال مومنتوم بین جریان در کانال اصلی و دشتهای سیلابی اطراف می­گردد. تاثیر متقابل فرایند مذکور وقتی که جریان برروی دشت سیلابی خیلی کم می باشد، نمود بیشتری داشته و رفته رفته با افزایش عمق آب برروی دشت سیلابی، از میزان آن کاسته می­گردد. عدم استنباط صحیح از این فرایند، باعث می­گردد که در طراحی کانالهای پایدار میزان دبی واقعی بسیار بیشتر یا بسیار کمتر برآورد گردد.

بر طبق مطالعات دفتر مهندسی عمران آمریکا[1]، هنگامیکه آب در کانال جریان می­یابد، نیرویی در جهت حرکت آب بر سطح بستر کانال اثر می­کند. این نیرو بطور ساده نیروی کشش آب بر روی محیط مرطوب می باشد و نیروی مالشی[2] نام دارد. بر اساس تقسیم­بندی­های کلی، تنش برشی به دو دسته آرام و آشفته تقسیم بندی می­گردد. تنش برشی دیواره (تنش برشی در نزدیکی دیوار یا زیر لایه ورقه­ای) از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. در بیرون از لایه آرام، تنش برشی آشفته حکمفرماست. یک لایه بینابینی هم هست که هردوی تنشهای آرام و آشفته در آن رخ می­دهد. در بعضی از متون تصریح گردیده که میزان تنش برشی آشفته تا دهها هزار برابر تنش برشی آرام می باشد. شکل (1-1) چگونگی توزیع پروفیل سرعت و توزیع تنش برشی آرام و آشفته را نشان می دهد.

 

شكل(1-1): پروفیل سرعت در جریان آشفته و منحنی تنش

 

یکی از مهمترین تفاوتهای ماهیت جریان در شرایط آزاد و تحت فشار در عوامل ایجاد جریان این دو شرایط می باشد. در مجاری تحت فشار، عامل اصلی جریان اختلاف فشار بین دو مقطع از جریان می باشد در حالیکه در مجاری روباز عامل اصلی جریان، نیروی ثقل می­باشد. در مجاری تحت فشار اکثراً بدلیل آنکه نوع مقطع به هندسه دایروی نزدیک می باشد، تنش برشی در تمام مقطع تقریباً برابر می باشد در حالیکه در مجاری روباز بدلیل آنکه عموماً نوع مقطع از جنس مستطیلی یا ذوزنقه­ای می باشد و با در نظر داشتن آنکه سطح جریان با اتمسفر آزاد در تماس می باشد، عملاً در سطح جریان هیچ نوع تنش برشی وجود ندارد در حالیکه در جداره­ها و کف میزان تنش برشی بصورت معناداری وجود داشته و دارای توزیعی غیر یکنواخت می باشد.

متوسط تنش­هاي برشي كف و جداره­هاي كانالهاي روباز ( اعم از ساده و مرکب) را مي­توان با حل معادلات پيوستگي و مومنتم تعيين نمود. از طرفي مطالعات جريان در كانالهاي روباز نشان داده می باشد كه تفكيك تنش برشي بستر از تنش­هاي برشي جداره از جايگاه مهمي برخوردار می باشد. بطور مثال بمنظور تخمين ميزان بار بستر مي­بايد تنش برشي بستر را از تنش برشي كل تفكيك نمود. بطور مشابه براي تخمين ميزان فرسايش ديواره­هاي ساحلي و سيل­بندها بايستی از ميزان تنش برشي جداره آگاهي داشت.

 

  • معادلات پایه

جریان یکنواخت به جریانی گفته می­گردد که در آن سرعت جریان در تمام مقطع یکسان می­باشد. بدین مقصود بایستی در تمام طول مقطع، شکل و عمق جریان یکسان باشد. در چنین حالتی سطح آزاد سیال با کف موازی خواهد گردید. برای بدست آوردن ارتباط اصلی حرکت سیال در مجاری روباز، قسمتی از سیال را که به شکل منشوری بین دو مقطع AD و BC محدود می باشد، بعنوان حجم مشخصه سیال در نظر گرفته می­گردد.

 

 

 

شکل (1-2): نیروهای موثر بر منشور سیال

نیروهایی که بر این حجم کنترل موثرند بشرح زیر می­باشند:

الف: نیروهای فشاری و که بر طرفین حجم کنترل اثر می­کنند.

ب: نیروی وزن که مولفه آن در جهت حرکت برابر می باشد با:

ج: نیروهای فشاری که بر کف و دیواره­های این حجم سیال موثرند و عمود بر جهت حرکت بوده و در این راستا مولفه­ای ندارند.

د: نیروی مقاومت ناشی از لزجت سیال که بر کف و دیواره­های این حجم وارد می­گردد که مقدار آن معادل: می باشد که P: محیط خیس شده، L: فاصله بین دو مقطع و : تنش برشی ناشی از لزجت می­باشد.

با بهره گیری از اصل بقای مومنتوم داریم:

(1-1)

(1-2)

که برای جریان یکنواخت ماندگار ترم دوم از معادلات فوق حذف گردیده و ارتباط مومنتوم را می­توان بصورت زیر اختصار نمود:

(1-3)
انتگرال سمت راست را برای حجم مشخصه نشان داده شده بصورت زیر می­توان نوشت:

 

(1-4)

 

بمنظور سادگی معمولاً انتگرال فوق را با بهره گیری از ارتباط بوزینسک در کانالها بصورت زیر می نویسند:

 

 

(1-5)

 

از طرفی بر طبق تعریف جریان یکنواخت داریم:

 

 

پس مجموع نیروهای موثر وارد بر حجم کنترل برابر صفر می گردد و یا بعبارتی:

(1-6)

 

با در نظر داشتن برابری فشار در مقاطع 1 و 2، لذا نیروهای فشاری آن دو مقطع مساوی می باشد؛ یعنی:

 

با در نظر داشتن شیب عمومی کم مجرا، میتوان سینوس آن را برابر تانژانت آن و نهایتاً مساوی با شیب بستر در نظر گرفت؛ یعنی:

 

(1-7)
مقاومت اصطکاکی را نیز با در نظر داشتن ارتباط می­توان به شکل زیر نوشت:

(1-8)

با تلفیق روابط فوق خواهیم داشت:

(1-9)

در جریانهای یکنواخت این نیرو همواره با مولفه موثر نیروی ثقل که در جهت حرکت سیال می باشد، برابر می‌باشد. مقدار این نیرو را در واحد سطح مرطوب به نام واحد نیروی مالشی[3] می­نامند و ارتباط آن بصورت زیر می باشد:

(1-10)

[1]. U. S. Bureau of Reclamation

  1. Tractive Force

[3]. Unit Tractive Force

***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :216