سرریز کلید پیانویی نوع خاصی از سرریزهای غیرخطی می باشد که بدلیل ابعاد نسبتاً کوچک سطح اتکا و توانایی عبور دبی بالا برای پروژه های بازسازی مناسب می باشد. تابحال مطالعات فراوانی بر روی ضریب آبگذری سرریزهای کلید پیانویی صورت پذیرفته است، اما تحقیق بر روی استهلاک نسبی انرژی سرریز کلید پیانویی مثلثی صورت نپذیرفته است. این مهم درحالی است که سرریزهای کلید پیانویی بطور گسترده در تاج سدهای مخزنی، شبکه های آبیاری و زهکشی کاربرد فراوانی دارند. به همین علت این تحقیق به بررسی میزان استهلاک نسبی انرژی در سرریز کلید پیانویی مثلثی با تاج افقی (مدل Tri-Base) و با تاج شیب دار (مدل Tri-B1) پرداخته شده است. درنتیجه تحقیقات مشخص شده است، سرریز کلید پیانویی با تاج افقی (مدل Tri-Base) توانایی بیشتری در استهلاک نسبی انرژی دارا می باشد؛ بطوریکه میزان استهلاک انرژی در مدل Tri-Base بطور متوسط 24 درصد بیش از مدل Tri-B1 می باشد. همچنین، جهت محاسبه ی استهلاک نسبی برای هر دو مدل با دقت بالا ارائه شده است.

بارش های شدید فصلی در مخازن سدها موجب پدیدار شدن سیل های عظیم و در پی آن تخریب سدها خواهد شد. یکی از راه های کنترل این بارش ها استفاده از سرریزهایی با طول موثر بیشتر، همانند سرریزهای کلیدپیانویی می باشد. در همین راستا در پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار Flow3D اقدام به شبیه سازی این سازه ها نمودیم. برای این کار از سه بافل مکعبی، دایره ای و پنج ضلعی که با آرایش خطی روی سرریز قرار گرفته بودند، استفاده شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با افزایش ارتفاع بافل ها اتلاف انرژی هم افزایش می یابد. بیشترین مقدار افت با افزایش yc/H، به ترتیب در بافل مکعبی، دایره ای و پنج ضلعی اتفاق افتاد. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد. به طور کلی بیشترین مقدار افت مربوط به بافل مکعبی به مقدار 65/0=ΔEr بود. با افزایش عدد وبر میزان افت انرژی هم کاهش پیدا می کند. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد.

سرریزهای کلیدپیانویی از جدیدترین سرریز های غیرخطی می باشند که نسبت به سرریزهای لبه تیزخطی، دارای طول تاج بیشتری هستند و برای تنظیم و کنترل جریانِ رودخانه ها، کانال ها و سدها بکار گرفته می شوند. مطالعات فراوانی برای بهبود ضریب آبگذری سرریز های کلید پیانویی صورت گرفته است؛ اما مقایسه ای بین استهلاک انرژی سرریزهای کلیدپیانویی مستطیلی و ذوزنقه ای صورت نپذیرفته است. در مطالعه پیشرو به بررسی و مقایسه استهلاک انرژی و ضریب آبگذری سرریزهای کلیدپیانویی مستطیلی و ذوزنقه ای پرداخته می شود. آزمایشات در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس؛ در فلومی به ابعاد 0٫9 ×10×0٫75 متر انجام پذیرفته است. مطابق مشاهدات آزمایشگاهی، در سرریز کلیدپیانویی مستطیلی و ذوزنقه ای برخی تفاوت ها در میدان جریان مشاهده شده است. در هدهای خیلی کم هوادهی در هیچ یک از سرریز مشاهده نشده و پرش هیدرولیکی نیز در انتهای کلید های خروجی سرریز رخ نداده است، اما با افزایش هد یک پرش هیدرولیکی در انتهای کلیدهای سرریز تشکیل می گردد که در دبی های بالاتر اثری از آن یافت نمی شد. همچنین مشخص گردید، سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای در استهلاک انرژی عملکرد بهتری از سرریز مستطیلی دارد، بطوریکه عملکرد آن حدود 3 درصد بیشتر از سرریز کلیدپیانویی مستطیلی می باشد. افزون براین متوسط ضریب آبگذری سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه ای در مقایسه با سرریز کلیدپیانویی مستطیلی 11 درصد بیشتر می باشد.

شیب شکن ها از جمله مهم ترین و رایج ترین سازه های مستهلک کننده انرژی در شبکه های آبیاری و آبراهه های فرسایش پذیر هستند. اتلاف انرژی در عبور جریان از شیب شکن به دو صورت شامل تلفات ناشی از شکل هندسی ساختمان شیب شکن و تلفات ناشی از وقوع پدیده پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش پایین دست، رخ می دهد. شناخت بهتر پارامترهای موثر در تخمین خصوصیات هیدرولیکی جریان از جمله استهلاک انرژی ناشی از ساختمان شیب شکن و میزان افت انرژی پرش، کاهش ابعاد ساختمانی این سازه هیدرولیکی و حوضچه پایین دست آن را موجب شده و از این نظر صرفه جویی اقتصادی قابل توجهی را به همراه دارد. در این تحقیق برای بررسی تاثیر شرایط هندسی و هیدرولیکی شیب شکن ها در میزان استهلاک انرژی ساختمان شیب شکن، پس از شناخت پارامترهای موثر در این خصوص، برای 3 نوع رایج، شامل شیب شکن قائم، مایل مستطیلی و پلکانی با ساخت مدل های فیزیکی در 2 ارتفاع، 2 شیب مجرا و 2 تعداد پله متفاوت و انجام آزمایش ها در 90 دبی مختلف میزان استهلاک انرژی ساختمان شیب شکن، تعیین و مقایسه شد. نتایج نشان می دهد که در محدوده مشترک متغیرهای مورد بررسی بیشترین استهلاک انرژی مربوط به شیب شکن قائم است.

0

سازه ی ریزشی گردابی به منظور انتقال جریان از رقوم بالاتر به رقوم پایین تر به کار می رود. استهلاک انرژی جریان از وظایف عمده ی این سازه ها می باشد. در تحقیق حاضر مدل فیزیکی سازه ریزشی گردابی فاضلاب شرق تهران (ایران) مورد بررسی قرار گرفت و میزان تاثیر پارامترهای عدد فرود جریان ورودی، شیب کف سازه ورودی و نسبت عمق چاهک به قطر شفت قائم در میزان استهلاک انرژی جریان بررسی گردید. این مطالعه با عدد فرود جریان ورودی برابر 79/1، 01/2، 18/2 و 31/2 و شیب کف سازه ورودی 251/0، 4/0 و 571/0 و نسبت عمق چاهک به قطر شفت قائم برابر 0، 1 و 2 انجام شد. به همین منظور 36 حالت آزمایش طراحی گردید. برای افزایش دقت و آنالیز نتایج، هر آزمایش 3 بار تکرار شد. در نتیجه تعداد کل آزمایش ها، 108 آزمایش می باشد. نتایج نشان داد با تغییر پارامترها، انرژی جریان بین 7/93 تا 5/98 درصد مستهلک می گردد. با افزایش عدد فرود جریان ورودی و نسبت عمق چاهک به قطر شفت قائم میزان استهلاک انرژی به ترتیب 2/2 و 3 درصد کاهش می یابد. همچنین با افزایش شیب کف سازه ورودی میزان استهلاک انرژی جریان 4/2 درصد افزایش می یابد. با بررسی اثر متقابل استهلاک انرژی جریان و عدد فرود جریان خروجی، نسبت عمق چاهک به قطر شفت قائم مناسب بین 3/0 تا 2/1 پیشنهاد گردید. علاوه براین با استفاده از تحلیل واریانس رابطه ای غیر خطی برای تخمین میزان استهلاک انرژی جریان ارائه شد.

در این تحقیق تأثیر اندازه زبری بستر تنداب بر میزان استهلاک انرژی بررسی گردید. ابتدا پس از شناسایی پارامترهای مؤثر، رابطه عمومی بدون بعد توسعه داده شد. آزمایش ها بر روی مدل های فیزیکی درشیب های 25 و 35 درجه با قرار دادن 4 نوع زبری با اندازه های متفاوت (38/3، 7، 7/12 و 1/38 میلی متر) و دانه بندی تقریباً یکنواخت بر روی بستر آن ها انجام شدند. میزان استهلاک انرژی سازه در این نوع تنداب با انجام 80 آزمایش مختلف با 10 دبی بین 4 تا 40 لیتر بر ثانیه و عدد فرود 5/4 تا 9 مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رابطه کلی جهت پیش بینی میزان استهلاک انرژی در این نوع تنداب ارائه و با نتایج کارهای قبلی مقایسه گردید. استهلاک انرژی در واحد طول تنداب زبر شده حدود 7 تا 38 درصد نسبت به تنداب صاف (بدون زبری) افزایش نشان داد.

یکی از مشخصه های مهمی که تاکنون در سرریزهای کلیدپیانویی کمتر به آن پرداخته شده، استهلاک انرژی می باشد. با توجه به این ویژگی بررسی استهلاک انرژی جریان روی سرریز کلیدپیانویی هدف اصلی مطالعه حاضر می باشد. بدین منظور در این مطالعه بلوک هایی در کلید خروجی سرریز کلیدپیانویی مستطیلی تعبیه شد. برای ارزیابی تأثیر پارامترهای ارتفاع موانع (Hb)و فاصله اولین ردیف موانع مستطیلی از تاج کلید خروجی (Ds)، یک مدل فیزیکی از سرریز کلیدپیانویی به عرض 90 سانتی متر ساخته شد. این سرریز روی یک فلوم آزمایشگاهی به طول 13 متر، عرض 90 سانتی متر و ارتفاع 1 متر تعبیه گردید. سپس موانع روی کلید خروجی سرریز قرار داده شد. آزمایش ها با دبی های مختلف از 5 تا 135 لیتر بر ثانیه صورت پذیرفت و میزان استهلاک انرژی سرریز مورد ارزیابی قرار گرفت. موانع در دو ارتفاع متفاوت (12 و 8 سانتی متر) و دو فاصله ( و طول کلید خروجی از ابتدای آن) قرار داده شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزایش ارتفاع موانع و افزایش فاصله ی اولین ردیف نصب، میزان استهلاک انرژی را افزایش می دهد. از طرفی پارامتر ارتفاع نسبت به فاصله، اثر بیشتری را در افزایش استهلاک انرژی دارد و میزان استهلاک انرژی در مدل با ارتفاع مانع 12 سانتی متر، اختلاف چندانی با مدل 8 سانتی متری نداشت؛ ولی حدود 10 درصد بیشتر از مدل بدون مانع بود. هم چنین استهلاک انرژی در مدل با فاصله ی به اندازه ی 4 درصد بیشتر از مدل با فاصله-ی و به اندازه ی 10درصد نیز بیشتر از مدل بدون مانع است. هم چنین با افزایش دبی، میزان استهلاک انرژی کاهش می یابد.