فهرست مطالبعنوان صفحه فصل اول: مقدمه1-1-مقدمه21-2-متدولوژي تحقيق21-2-1-تعريف تخليه کننده تحتاني21-2-2-ميدان جريان درتخليه کننده51-2-3-مکانيزم کاويتاسيون در تخليه کننده ها61-2-4-پارامترهاي موثر بر آن101-2-5-راه هاي جلوگيري از آن101-3-اهميت موضوع111-4-اهداف تحقيق111-5-معرفي فصول پايان نامه12 فصل دوم : مروري بر پيشينه تحقيق2-1-1-روش تجربي142-1-2-روش رياضي182-2-طرح هيدروليكي تخليه کننده ها192-2-1-بررسي جريان آزاد در تخليه کننده ها192-2-2-بررسي جريان تحت فشار در مجاري تخليه کنند ها212-2-3-جريان آب و هوا در تخليه کننده تحتاني242-3-هوادهي در تخليه کننده تحتاني312-3-1-مقدمه اي بر هوادهي312-3-2-لزوم هوادهي پايين دست دريچه ها322-3-3-عوامل موثر بر هواگيري جريان پايين دست دريچه322-3-4-هوادهي بين دو دريچه332-3-5-ملاحظات طراحي34 فصل سوم: کارهاي آزمايشگاهي و عددي3-1-مقدمه373-2-مشخصات كلي سد نرماشير383-2-1-رودخانه نرماشير383-2-2-موقعيت جغرافيايي و مشخصات کلي سدنرماشير و تاسيسات وابسته383-2-3-تخليه کننده تحتاني393-3-شرحي بر مدلهاي فيزيکي403-3-1-معادلات حاکم403-3-2-آناليز ابعادي423-3-3-اصول تشابه سازي433-4-طرح و ساخت مدل453-4-1-مقياس مدل453-4-2-اجزاء مدل463-4-3-آب بندي مدل523-4-4-تقويت نمودن مدل523-5-ابزارهاي اندازه گيري523-5-1-اندازه گيري فشار533-5-2-اندازهگيري دبي جريان543-5-3-اندازهگيري ارتفاع آب مخزن563-5-4-اندازهگيري سرعت هوا563-5-5-خطاهاي اندازهگيري در مدل573-6-شرحي بر مدل عددي593-6-1-ديناميک سيالات محاسباتي593-6-2-معرفي نرم افزار603-6-3-مراحل شبيه سازي جريان در تخليهکننده تحتاني در نرم افزار FLOW-3D61 فصل چهارم: نتايج و تفسير آنها4-1-مقدمه674-2-كارهاي آزمايشگاهي و نتايج حاصله674-2-1-نحوه انجام آزمايشات674-2-2-بررسي نتايج حاصل از آزمايشات694-2-3-مقايسه نتايج آزمايشگاهي و عددي80 فصل پنجم: جمع بندي و ارائه پيشنهادات5-1-مقدمه855-2-جمع بندي نتايج855-2-1-نتايج آزمايشگاهي855-2-2-نتايج عددي895-2-3- ارائه پيشنهادات90فهرست مراجع109 فهرست اشکالعنوان صفحه شکل(1-1) تخليه کننده تحتاني در يک سد خاکي5شکل(1-2) دريچه کشوئي تحتاني6شکل(1-3) جريان در لوله ونتوري و تعريف انديس کاويتاسيون9شكل(2-1) پارامترهاي مؤثر در آزمايش دريچه14شكل(2-2) پروفيل جريان خروجي از دريچه15شكل(2-3) پروفيل بدون بعد جريان خروجي از دريچه15شکل(2-4) نمايي از تبديل در آزمايش سوامي16شکل(2-5) نمودار تغييرات ضريب C براي دريچه روي سرريز20شکل(3-1) نمايي از مخزن تامين هد47شکل(3-2) نمايي از دهانه زنگولهاي47شکل(3-3) نمايي از بالادست دريچه اضطراري48شکل(3-4) نمايي از مقطع مجرا شامل شيار و مجراي پايين دست دريچه اضطراري49شکل(3-5) نمايي از دريچه اضطراري و سرويس(مقطع و پلان)50شکل(3-6) تونل انتقال51شکل(3-7) نمايي از تونل انتقال51شکل (3-8) توزیع مکانی پیزومترها در مجرای مدل و دریچه ها ... ........................ 68شکل(3-9) نمائي از تابلو قرائت فشارها53شکل(3-10) نمايي از ليمينيمتر جهت اندازهگيري تغييرات سطح آب روي سرريز55شکل(3-11) نمايي از سرريز لبه تيز مستطيلي و Point Gage مربوطه55شکل(3-12) تصوير کانال آرام کننده جريان به همراه لمينيمتر(دستگاه اندازه گيري عمق آب)56شکل(3-13) سرعت سنج (Hot Wire) استفاده شده در اندازه گيري سرعت هوا57شکل(3-14) نمايش قسمت Model SetupError! Bookmark not defined.شکل(3-15) تعيين فيزيک مسئله توسط نرمافزارError! Bookmark not defined.شکل(3-16) انتخاب سيالError! Bookmark not defined.شکل(3-16) نمايش تعداد و محل بلوکهاي مشبندي شده و شرايط مرزي آنها61شکل(3-17) نماي سه بعدي از مدل فيزيكي62شکل(3-18) محل اوليه سيال قبل شروع آناليز63شکل(4-1) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف70شکل(4-2) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف70شکل(4-3) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف71شکل(4-4) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف71شکل(4-5) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف72شکل(4-6) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف72شکل(4-7) تغييرات ضريب هوادهي در هدهاي مختلف73شکل(4-8) تغييرات ضريب هوادهي در بازشدگي هاي مختلف در عملکرد توام74شکل(4-9) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده74شکل(4-10) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده در حالت توام75شکل(4-11) تغييرات دبي هوادهي نسبت به بازشدگيهاي مختلف دريچه اضطراري سد76شکل(4-12) توزيع فشاروارد بر كف مجرا در هدcm 67077شکل(4-13) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 67078شکل(4-14) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 67079 فهرست جداولعنوان صفحه جدول(2-1) ضرايب افت زانوها. 22جدول(2-2) معرفي ضرايب افت تبديلهاي واگرا به ازاء زواياي مختلف واگرائي23جدول(3-1) مشخصات تخليه کننده تحتاني سدنرماشير39جدول(3-2) نيروها و معادلات ابعادي آنها41جدول(3-3) پارامترهاي بي بعد مورد استفاده در مدلهاي فيزيکي42جدول(3-4) توزيع مكاني پيزومترها و معرفي موقعيت مكاني آنها54جدول(5-1) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شيار دريچه سرويس در عملكرد 100% دريچهها86جدول(5-2) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شياردريچه اضطراري درعملكرد 100% دريچهها86 فصل اول مقدمه و کلیات 1-1-مقدمهسالها است که مصرف آب توسط انسانها در موارد مختلف، کشاورزي، مشروب، صنعت و توليد برق شروع شده است.در واقع آب يکي از عوامل مهم پيشرفت جوامع مختلف دنيا به حساب آمده و انتقال آن به صورت صحيح چه از نظر تکنيکي و چه از نظر اقتصادي تعيين کننده است.نياز انسانها به آب با سرعت در حال افزايش است و بايد شرايطي را ايجاد کرد که طراحي پروژه هاي عظيم انتقال آب با شرايط آسان و مناسب صورت پذيرد.باوجود آنکه محققين زيادي همواره در مورد سيستم هاي مختلف انتقال آب تحقيق مي کنند و هرروزه نتايج گرانبهايي را از تحقيقات محلي ، آزمايشگاهي وعددي خود بدست مي آورند ولي بنظر مي رسد که هنوز در بعضي موارد مسائلي غير منتظره باعث مي شود که ديدهاي متفاوتي از هر عملکرد نمايان شود1-2-روش تحقيقعليرغم مطالعات فراوان در اين زمينه ملزم بر آن گرديد تا در اين پايان نامه که با تعريف جامع و کاملي از تخليه کننده هاي تحتاني با بررسي ميدان جريان و تحليل مکانيزم کاويتاسيون در اين سازه ها به پارامترهاي موثر بر اين وقايع و لزوم تحقيق در اين زمينه پرداخته شود. 1-2-1-تعريف تخليه کننده تحتانيدر مواردي که عمق آب در مخزن سد زياد است ،براي مصارف آب در پايين دست و همچنين براي تخليه سد در مواقع اضطراري ودر بعضي موارد براي تخليه رسوبات انباشته شده در مخزن سد از تخليه کننده هاي تحتاني استفاده مي شود .اجزاء معمول تخليه کنندهها عبارتند از: کانال ورودي آبگير[1] يا ساختمان آبگير، مجراي آب بر، آبراه يا تونل[2]، اتاق دريچه پاييندست، شوت يا سرسره[3]، انرژي گير و مجراي خروجي.يک تخليه کننده ممکن است شامل همه و يا تعدادي از اجزاء مذکور باشد (ابريشمي، حسيني 1387). از تخليه کنندهها اغلب براي انحراف آب در زمان ساخت نيز استفاده ميشود و ممکن است در صورت داشتن قابليت اطمينان زياد، براي کمک به تخليه سيلاب طرح نيز استفاده شوند. اين سازهها در سدهاي قوسي يا وزني نسبتاً کوچکتر ولي در سدهاي خاکي بزرگ هستند(جانسن، 1988). براي کاهش طول قسمت تحت فشار، يک تخليه کننده بزرگ معمولاً به دو قسمت تحت فشار(که با يک دريچه با هد زياد کنترل ميشود) و تونل خروجي(که جريان زير بحراني را به اتمسفر انتقال ميدهد) تقسيم ميشود(ويسچر و هاگر، 1998).به طور کلي تخليهکنندهها به صورت زير طبقه بندي ميشوند:- بر اساس باز يا بسته بودن مجاري تخليه کننده؛ تخليه کننده بازو تخليه کننده تحتفشار- بر اساس نوع بهره برداري هيدروليکي از آن؛ تخليه کننده دريچه دار و بدون دريچه- بر اساس محل قرارگيري تخليه کننده؛ تخليه کننده تحتاني و تخليه کننده سطحي- بر اساس اينکه تخليهکننده به کجا منتهي مي شود، تخليه کننده کانالي(تخليه کنندهاي که به داخل کانال مي ريزد) و تخليه کننده رودخانهاي(تخليه کنندهاي که به داخل رودخانه ميريزد) (اسميت،1990).- به منظور تنظيم ميزان آبگذري مجراي تخليهکنندهبدين ترتيب خروجي هاي تحتاني در راستاي اهدافي به شرح زير ساخته مي شوند:- پر کردن مخزن- پايين آوردن سطح آب در مخزن و شستشوي رسوبات- انحراف سيلاب و دبي پسماند
بررسي عددي و آزمايشگاهي وقوع پديده کاويتاسيون در مجاري تخليه کننده تحتاني word
فهرست مطالبعنوان صفحه فصل اول: مقدمه1-1-مقدمه21-2-متدولوژي تحقيق21-2-1-تعريف تخليه کننده تحتاني21-2-2-ميدان جريان درتخليه کننده51-2-3-مکانيزم کاويتاسيون در تخليه کننده ها61-2-4-پارامترهاي موثر بر آن101-2-5-راه هاي جلوگيري از آن101-3-اهميت موضوع111-4-اهداف تحقيق111-5-معرفي فصول پايان نامه12 فصل دوم : مروري بر پيشينه تحقيق2-1-1-روش تجربي142-1-2-روش رياضي182-2-طرح هيدروليكي تخليه کننده ها192-2-1-بررسي جريان آزاد در تخليه کننده ها192-2-2-بررسي جريان تحت فشار در مجاري تخليه کنند ها212-2-3-جريان آب و هوا در تخليه کننده تحتاني242-3-هوادهي در تخليه کننده تحتاني312-3-1-مقدمه اي بر هوادهي312-3-2-لزوم هوادهي پايين دست دريچه ها322-3-3-عوامل موثر بر هواگيري جريان پايين دست دريچه322-3-4-هوادهي بين دو دريچه332-3-5-ملاحظات طراحي34 فصل سوم: کارهاي آزمايشگاهي و عددي3-1-مقدمه373-2-مشخصات كلي سد نرماشير383-2-1-رودخانه نرماشير383-2-2-موقعيت جغرافيايي و مشخصات کلي سدنرماشير و تاسيسات وابسته383-2-3-تخليه کننده تحتاني393-3-شرحي بر مدلهاي فيزيکي403-3-1-معادلات حاکم403-3-2-آناليز ابعادي423-3-3-اصول تشابه سازي433-4-طرح و ساخت مدل453-4-1-مقياس مدل453-4-2-اجزاء مدل463-4-3-آب بندي مدل523-4-4-تقويت نمودن مدل523-5-ابزارهاي اندازه گيري523-5-1-اندازه گيري فشار533-5-2-اندازهگيري دبي جريان543-5-3-اندازهگيري ارتفاع آب مخزن563-5-4-اندازهگيري سرعت هوا563-5-5-خطاهاي اندازهگيري در مدل573-6-شرحي بر مدل عددي593-6-1-ديناميک سيالات محاسباتي593-6-2-معرفي نرم افزار603-6-3-مراحل شبيه سازي جريان در تخليهکننده تحتاني در نرم افزار FLOW-3D61 فصل چهارم: نتايج و تفسير آنها4-1-مقدمه674-2-كارهاي آزمايشگاهي و نتايج حاصله674-2-1-نحوه انجام آزمايشات674-2-2-بررسي نتايج حاصل از آزمايشات694-2-3-مقايسه نتايج آزمايشگاهي و عددي80 فصل پنجم: جمع بندي و ارائه پيشنهادات5-1-مقدمه855-2-جمع بندي نتايج855-2-1-نتايج آزمايشگاهي855-2-2-نتايج عددي895-2-3- ارائه پيشنهادات90فهرست مراجع109 فهرست اشکالعنوان صفحه شکل(1-1) تخليه کننده تحتاني در يک سد خاکي5شکل(1-2) دريچه کشوئي تحتاني6شکل(1-3) جريان در لوله ونتوري و تعريف انديس کاويتاسيون9شكل(2-1) پارامترهاي مؤثر در آزمايش دريچه14شكل(2-2) پروفيل جريان خروجي از دريچه15شكل(2-3) پروفيل بدون بعد جريان خروجي از دريچه15شکل(2-4) نمايي از تبديل در آزمايش سوامي16شکل(2-5) نمودار تغييرات ضريب C براي دريچه روي سرريز20شکل(3-1) نمايي از مخزن تامين هد47شکل(3-2) نمايي از دهانه زنگولهاي47شکل(3-3) نمايي از بالادست دريچه اضطراري48شکل(3-4) نمايي از مقطع مجرا شامل شيار و مجراي پايين دست دريچه اضطراري49شکل(3-5) نمايي از دريچه اضطراري و سرويس(مقطع و پلان)50شکل(3-6) تونل انتقال51شکل(3-7) نمايي از تونل انتقال51شکل (3-8) توزیع مکانی پیزومترها در مجرای مدل و دریچه ها ... ........................ 68شکل(3-9) نمائي از تابلو قرائت فشارها53شکل(3-10) نمايي از ليمينيمتر جهت اندازهگيري تغييرات سطح آب روي سرريز55شکل(3-11) نمايي از سرريز لبه تيز مستطيلي و Point Gage مربوطه55شکل(3-12) تصوير کانال آرام کننده جريان به همراه لمينيمتر(دستگاه اندازه گيري عمق آب)56شکل(3-13) سرعت سنج (Hot Wire) استفاده شده در اندازه گيري سرعت هوا57شکل(3-14) نمايش قسمت Model SetupError! Bookmark not defined.شکل(3-15) تعيين فيزيک مسئله توسط نرمافزارError! Bookmark not defined.شکل(3-16) انتخاب سيالError! Bookmark not defined.شکل(3-16) نمايش تعداد و محل بلوکهاي مشبندي شده و شرايط مرزي آنها61شکل(3-17) نماي سه بعدي از مدل فيزيكي62شکل(3-18) محل اوليه سيال قبل شروع آناليز63شکل(4-1) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف70شکل(4-2) تغييرات ضريب آبگذري در هدهاي مختلف70شکل(4-3) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف71شکل(4-4) تغييرات ميزان آبگذري در هدهاي مختلف71شکل(4-5) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف72شکل(4-6) تغييرات عدد فرود به ازاي هدهاي مختلف72شکل(4-7) تغييرات ضريب هوادهي در هدهاي مختلف73شکل(4-8) تغييرات ضريب هوادهي در بازشدگي هاي مختلف در عملکرد توام74شکل(4-9) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده74شکل(4-10) تغييرات دبي هواي ورودي به لوله هواده در حالت توام75شکل(4-11) تغييرات دبي هوادهي نسبت به بازشدگيهاي مختلف دريچه اضطراري سد76شکل(4-12) توزيع فشاروارد بر كف مجرا در هدcm 67077شکل(4-13) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 67078شکل(4-14) توزيع فشاروارد بر ديواره سمت راست مجرا در هد cm 67079 فهرست جداولعنوان صفحه جدول(2-1) ضرايب افت زانوها. 22جدول(2-2) معرفي ضرايب افت تبديلهاي واگرا به ازاء زواياي مختلف واگرائي23جدول(3-1) مشخصات تخليه کننده تحتاني سدنرماشير39جدول(3-2) نيروها و معادلات ابعادي آنها41جدول(3-3) پارامترهاي بي بعد مورد استفاده در مدلهاي فيزيکي42جدول(3-4) توزيع مكاني پيزومترها و معرفي موقعيت مكاني آنها54جدول(5-1) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شيار دريچه سرويس در عملكرد 100% دريچهها86جدول(5-2) مقادير انديس كاويتاسيون درمحدوده بحراني شياردريچه اضطراري درعملكرد 100% دريچهها86 فصل اول مقدمه و کلیات 1-1-مقدمهسالها است که مصرف آب توسط انسانها در موارد مختلف، کشاورزي، مشروب، صنعت و توليد برق شروع شده است.در واقع آب يکي از عوامل مهم پيشرفت جوامع مختلف دنيا به حساب آمده و انتقال آن به صورت صحيح چه از نظر تکنيکي و چه از نظر اقتصادي تعيين کننده است.نياز انسانها به آب با سرعت در حال افزايش است و بايد شرايطي را ايجاد کرد که طراحي پروژه هاي عظيم انتقال آب با شرايط آسان و مناسب صورت پذيرد.باوجود آنکه محققين زيادي همواره در مورد سيستم هاي مختلف انتقال آب تحقيق مي کنند و هرروزه نتايج گرانبهايي را از تحقيقات محلي ، آزمايشگاهي وعددي خود بدست مي آورند ولي بنظر مي رسد که هنوز در بعضي موارد مسائلي غير منتظره باعث مي شود که ديدهاي متفاوتي از هر عملکرد نمايان شود1-2-روش تحقيقعليرغم مطالعات فراوان در اين زمينه ملزم بر آن گرديد تا در اين پايان نامه که با تعريف جامع و کاملي از تخليه کننده هاي تحتاني با بررسي ميدان جريان و تحليل مکانيزم کاويتاسيون در اين سازه ها به پارامترهاي موثر بر اين وقايع و لزوم تحقيق در اين زمينه پرداخته شود. 1-2-1-تعريف تخليه کننده تحتانيدر مواردي که عمق آب در مخزن سد زياد است ،براي مصارف آب در پايين دست و همچنين براي تخليه سد در مواقع اضطراري ودر بعضي موارد براي تخليه رسوبات انباشته شده در مخزن سد از تخليه کننده هاي تحتاني استفاده مي شود .اجزاء معمول تخليه کنندهها عبارتند از: کانال ورودي آبگير[1] يا ساختمان آبگير، مجراي آب بر، آبراه يا تونل[2]، اتاق دريچه پاييندست، شوت يا سرسره[3]، انرژي گير و مجراي خروجي.يک تخليه کننده ممکن است شامل همه و يا تعدادي از اجزاء مذکور باشد (ابريشمي، حسيني 1387). از تخليه کنندهها اغلب براي انحراف آب در زمان ساخت نيز استفاده ميشود و ممکن است در صورت داشتن قابليت اطمينان زياد، براي کمک به تخليه سيلاب طرح نيز استفاده شوند. اين سازهها در سدهاي قوسي يا وزني نسبتاً کوچکتر ولي در سدهاي خاکي بزرگ هستند(جانسن، 1988). براي کاهش طول قسمت تحت فشار، يک تخليه کننده بزرگ معمولاً به دو قسمت تحت فشار(که با يک دريچه با هد زياد کنترل ميشود) و تونل خروجي(که جريان زير بحراني را به اتمسفر انتقال ميدهد) تقسيم ميشود(ويسچر و هاگر، 1998).به طور کلي تخليهکنندهها به صورت زير طبقه بندي ميشوند:- بر اساس باز يا بسته بودن مجاري تخليه کننده؛ تخليه کننده بازو تخليه کننده تحتفشار- بر اساس نوع بهره برداري هيدروليکي از آن؛ تخليه کننده دريچه دار و بدون دريچه- بر اساس محل قرارگيري تخليه کننده؛ تخليه کننده تحتاني و تخليه کننده سطحي- بر اساس اينکه تخليهکننده به کجا منتهي مي شود، تخليه کننده کانالي(تخليه کنندهاي که به داخل کانال مي ريزد) و تخليه کننده رودخانهاي(تخليه کنندهاي که به داخل رودخانه ميريزد) (اسميت،1990).- به منظور تنظيم ميزان آبگذري مجراي تخليهکنندهبدين ترتيب خروجي هاي تحتاني در راستاي اهدافي به شرح زير ساخته مي شوند:- پر کردن مخزن- پايين آوردن سطح آب در مخزن و شستشوي رسوبات- انحراف سيلاب و دبي پسماند