آزمایش دریچه در کانال

نام آزمایش : دریچه در کانال

هدف آزمایش :      -  یافتن ضریب تخلیه دبی دریچه

           -  یافتن نیروی وارد بر دریچه

           - بررسی مشخصات پرش هیدرولیکی آزاد و مستغرق

           - ترسیم خطوط جریان در مقطع قائم 

تئوری آزمایش :

دریچه ها برای تنظیم میزان جریان در کانال ها مورد استفاده قرار می گیرند. با تغییر ارتفاع بازشدگی دریچه میزان دبی عبوری از آن تغییر می کند. در حالت کلی دبی عبوری از یک دریچه تابع شکل و مشخصات هندسی دریچه، مشخصات جریان در بالادست و نیز مشخصات جریان در پایین دست می باشد.

دریچه قطاعی : اگر ابعاد کانال یا دریچه بزرگ باشد استفاده از دریچه قطاعی ترجیح دارد؛ چون بالا و پایین بردن آن بسیار ساده تر بوده و کافیست آنرا حول محوری بچرخانیم.

جریان عبوری از زیر دریچه در حالت غیر مستغرق ( آزاد ) :

برای مطالعه جریان در اطراف دریچه در این حالت می توان از معادلات انرژی و پیوستگی استفاده کرد.

مقاطع (1) و (2) در اطراف دریچه بوده و از افت انرژی آنها صرفنظر میشود :

و دبی عبوری از دریچه :

و ارتفاع آب در مقطع (2) :

که  بازشدگی دریچه و  ضریب تنگ شدگی در مقطع است. بنابراین :

و همچنین اگر اثرات ناشی از تداخل و خطوط جریان و افت انرژی را با ضریب  منظور کنیم سرعت واقعی در مقطع (2) برابر است با. و داریم :

Q = سرعت واقعی* سطح مقطع موثر=  (*) (*)

         

جریان عبوری از زیر دریچه در حالت مستغرق :

در حالتی که در پایین دست دریچه جریان جریان پرش به صورت مستغرق وجود داشته باشد، انرژی مقطع پایین دست از رابطه روبرو بدست می آید:

=+

   ==                           

      

           

نیروی وارد بر دریچه :

نیروی وارد بر دریچه را با استفاده از رابطه اندازه حرکت بدست می آوریم‌ :

 ویا

که  عرض دریچه و  جرم مخصوص سیال می باشد.

پرش هیدرولیکی با سطح آزاد :

هنگامی که جریان در سطح دریچه به صورت فوق بحرانی برقرار باشد، پس از دریچه پرش هیدرولیکی به وقوع خواهد پیوست. اگر تراز پایاب باشد، پرش به صورت مستغرق اتفاق می افتد. اگر تراز سطح پایاب پایین باشد، پرش با سطح آزاد بوجود می آید و به صورت موج ایستاده ظاهر

می شود. در این صورت عمق پایین دست را می توان با استفاده از رابطه اندازه حرکت بدست آورد :

        &    

      &       

آنگاه برای یکی از معادلات داریم :

                   

بردارهای سرعت :

در یک کانال معمولی امتداد بردار های سرعت عموما در جهت افقی و به سمت پایین دست می باشد. هنگامی که یک مانع در داخل کانال در مفابل جریان قرار داده شود خطوط جریان تغییر شکل می دهند. بردارهای سرعت در هر لحظه نشان دهنده وضعیت عمومی خطوط جریان هستند. در بالا دست دریچه بردارهای سرعت مؤلفه قائم رو به پایین پیدا می کنند. د رپایین دست دریچه در محل پرش هیدرولیکی بردارهای سرعت در یک مقطع در برخی نقاط ( نزدیک به کف ) به طرف پایین دست و در برخی تقاط ( نزدیک به سطح آب ) به طرف بالادست می باشند. با استفاده از میله سرعت نما

می توان بردارهای سرعت را سنجیده و از روی آن خطوط تقریبی جریان را رسم نمود.

شرح آزمایش :

1-        دبی جریان حداکثر را در کانال برقرار می کنیم.

2-        مقدار دبی وزنی جریان را به طریقه وزنی اندازه بگرید.

3-       میزان بازشدگی دریچه را برای حداقل ممکن تنظیم کنید.

4-        با استفاده از خط کش عمق جریان را از 10 سانتی متر بالا دست دریچه تا 50 سانتی متر پایین دست دریچه در مقاطعی با فاصله 5 سانتی متر از هم اندازه بگیرید.

5-        با استفاده از لوله پیتو ارتفاع سطح انرژی را در مقاطع مذکور در بند قبل اندازه بگیرید.

6-       بازشدگی دریچه را سه بار تغییر داده، جمعا برای چهار بازشدگی در هر دبی عمق جریان و ارتفاع انرژی در کلیه مقاطع را یادداشت کنید.

7-       دبی جریان را دو بار تغییر داده ( کم کنید ) و برای هر دبی اندازه گیری ها را انجام دهید.