وجود هرگونه تغییر هندسی مانند تبدیل در مسیر کانال های با جریان فوق بحرانی، موجب تغییر ناگهانی عمق و سرعت جریان و تشکیل امواج ضربه ای می شود. در این تحقیق، ارتفاع و سرعت امواج ضربه ای در تبدیل های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی با به کارگیری مدل های آزمایشگاهی بررسی شد. زاویه ی شیب جانبی دیواره ها 45، 60، 70 و 90 درجه و نسبت همگرایی 1 به 2، 1 به 3 و 1 به 4 به عنوان متغیرهای هندسی و همچنین چهار عدد فرود مختلف در محدوده 23/9-25/3 به عنوان متغیر هیدرولیکی آزمایش ها در نظر گرفته شد. تحلیل پروفیل های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه ای نشان می دهد که در حالت کلی، افزایش زاویه ی شیب جانبی دیواره ی تبدیل، کاهش نسبت همگرایی و افزایش عدد فرود جریان رابطه ای مستقیم دارد با افزایش ارتفاع و سرعت امواج. نتایج تحقیق همچنین نشان می دهد که بیشینه ی ارتفاع امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای، به ازای نسبت همگرایی 1 به 2 و زاویه های شیب جانبی 45، 60 و 70 درجه، در مقایسه با مقطع مستطیلی، به طور میانگین به ترتیب به میزان 34/59، 27/44 و 04/24 درصد کاهش می یابد. همچنین، بیشینه ی سرعت امواج ضربه ای به ازای شرایط مذکور به ترتیب به میزان 51/37، 23/25 و 67/14 درصد کاهش می یابد. نظر به اینکه کانال های اجرایی عمدتاً با مقطع ذوزنقه ای ساخته می شوند، یافته های پژوهش حاضر برای مهندسان طراح می تواند بسیار سودمند باشد.

سابقه و هدف: تبدیل های همگرا در جریان های فوق بحرانی کاربردهای گسترده ای دارند. از جمله آن می توان به انتقال جریان از کانال های آبگیر سدها به سرریزهای تونلی، کاهش عرض کانال در تندآب ها و کاهش زمان انتقال جریان در کانال های انتقال سیلاب اشاره کرد. در مطالعه جریان های فوق بحرانی تشکیل امواج ضربه ای از اهمیت بالایی برخوردار است. تولید و توسعه این امواج به دلیل افزایش ارتفاع آب به اندازه چندین برابر عمق جریان ورودی و گسترش آن در محدوده وسیعی از کانال پایین دست و ناهموار ساختن سطح آب به لحاظ مهندسی نامطلوب بوده و هر گونه طراحی ضعیف کانال می تواند منجر به آبشستگی دیواره ها و کف کانال، آسیب رساندن به تجهیزات در مسیر جریان و بالا بردن هزینه های مربوط به نگهداری و کاهش راندمان انتقال آب گردد. در تحقیق حاضر تشکیل امواج ضربه ای در تبدیل های همگرای کانال روباز با مقاطع ذوزنقه ای و مستطیلی با به کارگیری مدل-های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش ها: به منظور بررسی پارامترهای هیدرولیکی امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا، دوازده مدل با هندسه های متفاوت به کار گرفته شد. طول مورب دیواره های تبدیل (0.5، 0.75 و 1 متر) و زاویه شیب جانبی دیواره-ها (33.69، 45، 60 و 90 درجه) متغیرهای هندسی مورد مطالعه در تحقیق حاضر بود. مقدار نسبت همگرایی در کلیه مدل ها برابر 0.5 در نظر گرفته شد. مقادیر ارتفاع و سرعت لحظه ای در نقاط مختلف امواج ضربه ای تشکیل شده در مدل های مذکور به ازای چهار عدد فرود مختلف در محدوده 9.23-3.25 اندازه گیری شد.یافته ها: مقادیر اندازه گیری شده در تبدیل های همگرا حاکی از توزیع غیریکنواخت سرعت در راستای قائم امواج ضربه ای بود. همچنین حرکت جبهه موج به سمت پایین دست با کاهش سرعت و افزایش ارتفاع موج همراه بود که به ازای هندسه های مختلف تبدیل، روند تغییرات مذکور نیز متفاوت بود. نتایج نشان داد حداکثر ارتفاع امواج ضربه-ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای به ازای زوایای شیب جانبی 33.69، 45 و 60 درجه نسبت به مقاطع مستطیلی به طور میانگین، به ترتیب به میزان 64.8، 54.3 و 39.6 درصد کاهش یافت. همچنین حداکثر سرعت امواج ضربه ای در تبدیل های همگرا با مقاطع ذوزنقه ای به ازای زوایای شیب جانبی مذکور نسبت به مقاطع مستطیلی به طور میانگین، به ترتیب به میزان 39.1، 31.6 و 16.5 درصد کاهش یافت. به ازای عدد فرود ثابت و طول یکسان دیواره تبدیل، افزایش زاویه شیب جانبی با افزایش استهلاک انرژی امواج ضربه ای همراه بود. همچنین بیشترین نرخ استهلاک انرژی در طول دیواره 0.5 متر مشاهده شد. به طوری که مقادیر افت انرژی امواج ضربه ای به ازای طول دیواره مذکور، عدد فرود 7.26 و زوایای شیب جانبی 33.69، 45، 60 و 90 درجه به ترتیب برابر 69/14، 43/15، 34/16 و 18.72 درصد به دست آمد.نتیجه گیری: تحلیل پروفیل های سرعت و سطح آزاد امواج ضربه ای حاکی از آن بود که در حالت کلی کاهش زاویه شیب جانبی (افزایش شیب جانبی) دیواره تبدیل، افزایش طول مورب دیواره تبدیل و همچنین کاهش عدد فرود جریان رابطه مستقیم با کاهش ارتفاع و سرعت امواج دارد. نظر به اینکه کانال های اجرایی عمدتا با مقطع ذوزنقه ای ساخته و بهره برداری می شوند، یافته های تحقیق حاضر برای مهندسین طراح می تواند بسیار سودمند باشد.

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.

یکی از موضوعات مهم در پایین دست سرریزهای کلید پیانویی، آبشستگی پایین دست آن ها می باشد در این تحقیق، آبشستگی پایین دست سرریزهای کلید پیانویی ذوزنقه ای مورد توجه بوده و مشخصات آبشستگی و نرخ تغییرات آن با آبشستگی پایین دست سرریز کلید پیانو مستطیلی مورد مقایسه قرار گرفت. بدین منظور دو مدل آزمایشگاهی از این نوع سرریزها ساخته و در یک فلوم آزمایشگاهی به طول 6، عرض 1 و ارتفاع 6/0 متر و در شرایط دبی های مختلف و سه عمق پایاب مورد آزمایش قرار گرفت و مشخصات هندسی چاله آبشستگی شامل حداکثر عمق چاله آبشستگی، فاصله آن تا پای سرریز و طول دهانه چاله اندازه گیری گردید. جنس مصالح بستر پایین دست، مصالح شنی با دانه بندی mm 8/7 d50=به ضخامت متوسط 25 سانتی متر و طول 2 متر بود. نتایج اندازه گیری مشخصه های آبشستگی نشان داد با افزایش دبی و کاهش عمق پایاب، مشخصات هندسی حفره آبشستگی در دو مدل افزایش می یابد. همچنین عمق آبشستگی در مدل مستطیلی بیش از مدل ذوزنقه ای بوده به نحوی که در تمام دبی ها به طور میانگین نسبت حداکثر عمق حفره آبشستگی بی بعد سرریز کلید پیانو ذوزنقه ای نسبت به مدل مستطیلی 7 درصد کاهش می یابد. ولی این اختلاف با افزایش دبی و هد آب روی سرریز کاهش می یابد به نحوی که زمانی که در 9/3 < Frd این اختلاف ناچیز می گردد و تفاوت معناداری در شکل حفره آبشستگی برای دو مدل وجود ندارد. به کمک روابط رگرسیونی معادلاتی با دقت مناسب جهت پیش بینی حداکثر عمق چاله آبشستگی، موقعیت مکانی آن و طول دهانه چال برای دو مدل بدست آمد.

تبدیل ها به طور معمول هم در کانال های باز مهندسی و هم در کانال های طبیعی کاربرد دارند. با افزایش ابعاد در راستای مقطع در تبدیل، از سرعت جریان کاسته می شود. تحت جریان زیربحرانی و در شرایط جریان دائمی، کاهش سرعت جریان منجر به افزایش فشار آب و همچنین گرادیان فشار معکوس می شود. که این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به وجود آورده و باعث تلفات انرژی در جریان می شود. در این مطالعه، هیدرولیک جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال های مستطیلی به ذوزنقه ای تحت جریان زیربحرانی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار مطالعه آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت و مدل آشفتگی تنش رینولدز (RSM) انجام گرفته است. پروفیل های سطح آب و سرعت جریان در مقاطع مختلف تبدیل به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده است که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می دهد. همچنین راندمان (بازدهی) تبدیل و ضریب تلفات انرژی در امتداد تبدیل به ازای اعداد فرود مختلف ورودی محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، راندمان تبدیل و ضریب تلفات انرژی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. پس از صحت سنجی مدل عددی، تأثیر عدد فرود ورودی بر نواحی جدایی جریان، جریان های ثانویه ایجاد شده و تنش برشی بستر در امتداد تبدیل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. از ابتدای تبدیل به سمت میانه تبدیل، تعداد نواحی چرخشی ناشی از جریان های ثانویه افزایش یافته و با نزدیک شدن به انتهای تبدیل تعداد این نواحی کاهش می یابند. همچنین با افزایش عدد فرود ورودی، تنش برشی بستر در امتداد تبدیل افزایش یافت.

حفاظت سواحل خارجی قوس رودخانه ها که معمولا با فرسایش شدید پنجه مواجه هستند و نیز کاهش سطح رسوبگذاری در قوس داخلی از جمله مهمترین اهداف ساماندهی رودخانه ها است. برای رسیدن به اهداف فوق روش های متعددی در دهه های گذشته بوجود آمده است. در این مقاله در ارتباط با مدیریت رسوب، کاربرد یک روش جدید (صفحات ذوزنقه ای متصل به ساحل) در قوس 90 درجه ملایم، به صورت آزمایشگاهی، مورد بررسی قرار گرفته است، سپس نتایج، با نتایج روش معمول (صفحات مستطیلی شکل) مورد مقایسه قرار گرفت. صفحه ذوزنقه ای و مستطیلی در محلی از ساحل خارجی که آبشستگی قابل ملاحظه ای در آن ناحیه انتظار می رود قرار داده شدند (زاویه 70 درجه از ابتدای قوس). صفحات با زاویه 23، 30، 40، 60 و 70 نسبت به ساحل خارجی بالادست نصب گردیدند. نتایج تحقیق نشان می دهد که صفحه ذوزنقه ای با افزایش زاویه نصب نسبت به ساحل خارجی بالادست تا حدود 40 درجه باعث می شود تا حفره آبشستگی در اطراف دماغه صفحه رخ دهد و در زوایای نصب (نسبت به ساحل خارجی بالادست) بیشتر از 40 درجه این حفره به ساحل خارجی نزدیک شود. در صفحه مستطیلی در تمام زوایای قرارگیری صفحه این حفره به ساحل خارجی می رسد. در بین تمامی آزمایش های انجام گرفته، بیشینه حفره آبشستگی در دماغه صفحه مستطیلی نسبت به حفره آبشستگی ایجاد شده در دماغه صفحه ذوزنقه ای حدود 65 درصد بیشتر بود. رسوبات منتقل شده از حفره آبشستگی معمولا در پائین دست سازه نهشته شده و تپه رسوبی را ایجاد می کنند. این تپه رسوبی توسعه یافته، در صفحه ذوزنقه ای نسبت به صفحه مستطیلی، به ساحل خارجی نزدیک تر است.

تحقیق حاضر با هدف اندازه گیری مستقیم تنش برشی در کانال های مستطیلی و ذوزنقه ای با بستر صاف هیدرولیکی ارائه گردیده است. در این راستا به منظور اندازه گیری مستقیم تنش برشی کل در محیط مرطوب کانال های روباز شیوه ای نوین ارائه گردید. در این راستا با ساخت فلومی با ادوات ویژه، نیروی کل برشی وارده بر محیط مرطوب با استفاده از سلول های حساس به بار دینامیک اندازه گیری گردید. سیستم اندازه گیری مذکور فلوم لبه چاقویی نامیده شد که بر اساس جذب ممنتم قادر به اندازه گیری نیروی برشی وارده بر جداره فلوم می باشد. جهت تعیین تغییرات تنش برشی موضعی در کانال های با مقطع مستطیلی و ذوزنقه ای از لوله پرستون با قطر خارجی 4 میلی متر مجهز به سلول های حساس به فشار دینامیک استفاده گردید. برای تبدیل اختلاف فشار استاتیک و دینامیک قرائت شده در لوله پرستون به تنش برشی از منحنی واسنجی پتل استفاده شد. برای تفکیک تنش برشی بستر و جداره از روش ترکیبی فلوم لبه چاقویی-لوله پرستون استفاده شد. مزیت این روش در آن است که حساسیت قطر لوله پرستون در معادله های محاسبه تنش برشی به حداقل مقدار ممکن کاهش خواهد یافت. مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیری تنش برشی به روش مستقیم و غیر مستقیم حاکی از برتری نتایج روش مستقیم می باشد. در این مقاله منحنی های تنش برشی بستر و جداره در مقاطع مستطیلی و ذوزنقه ای صاف با شیب جداره 1، 1.5 و 2 ارائه شدند.

وقوع پدیده پرش هیدرولیکی در کانال های روباز باعث کاهش سطح انرژی و تبدیل جریان فوق بحرانی به زیر بحرانی می گردد. تعبیه موانع با هندسه های مختلف بر مسیر جریان تاثیر مهمی بر کنترل محل پرش، کاهش طول پرش هیدرولیکی و افزایش افت انرژی جریان در طی پرش دارد. در این تحقیق اثر تغییرات ارتفاع و فاصله میان بلوک های مستطیلی، که به صورت زیگزاگی در کف کانال روباز ذوزنقه ای نصب شده بود، بر مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شد. مجموعا 60 آزمایش در بازه اعداد فرود 1. 8 تا 18. 8 انجام پذیرفت. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در صورت استفاده از بلوک های مستطیلی به طور میانگین شاهد کاهش عمق ثانویه به مقدار 3. 69 درصد، کاهش طول پرش هیدرولیکی به میزان 49. 5 درصد و افزایش افت انرژی پرش هیدرولیکی به میزان 46. 34 درصدی نسبت به بستر صاف می باشد. مشاهدات بیانگر تاثیر بیشتر بلوک های مستطیلی زیگزاگی بر مشخصات پرش نسبت به بسترهای زبر علیرغم تراکم کمتر و همچنین اثر کمتر نسبت به بلوک های با طرح بدون زاویه می باشد. افزایش ارتفاع بلوک ها بر مشخصات پرش هیدرولیکی، نسبت به فاصله میان بلوک ها بوده است.

رابطه های عمومی تخمین توزیع سرعت متوسط عمقی در کانال های باز با مقطع ذوزنقه ای، نتایج مناسبی ارائه نمی کنند. از این رو در این مقاله به ارائه روشی جدید برای تخمین این پارامتر در کانال های صاف ذوزنقه ای با بهترین مقطع هیدرولیکی پرداخته شد. در این روش، توزیع سرعت متوسط عمقی با استفاده از رابطه تنش برشی جداره محاسبه شد. برای واسنجی مدل تحلیلی، از نتایج مدل سازی آزمایشگاهی استفاده شد. نتایج حاصل از مقایسه مدل تحلیلی و آزمایشگاهی نشان می دهد که روش ارائه شده از دقت قابل قبولی برخوردار است.

در این مقاله کنترل فعال ارتعاشات ورق مستطیلی با تکیه گاه های ساده به روش جدیدی بررسی می شود. ابتدا معادله دیفرانسیل ورق وصله دار با استفاده از تئوری سنتی ورق برای استفاده در این روش توسعه داده می شود و برای لحاظ کردن اثرات سختی و جرم وصله ها از یک تابع محلی استفاه می شود.سپس با استفاده از سری فوریه فرکانس های طبیعی و مودشیپ های ورق وصله دار و نیز قطب های مدار بسته در حین استفاده از کنترل کننده های PID به دست می آید. آنگاه با استفاده از تبدیل لاپلاس و مودشیپ های به دست آمده، پاسخ سیستم در حالت ارتعاش اجباری محاسبه می شود. با استفاده از این روش تاثیر کنترل کننده های PID به راحتی بررسی و برای اولین بار اثر کنترل کننده های انتگرال گیر در کنترل فعال ورق در نظر گرفته می شود. اعتبار این روش با حل و بحث چند مثال نشان داده می شود.