به منظور بررسی ساختار جریان (flow structure) در کانال های روباز، در شرایط جریان یکنواخت، تنش برشی و توزیع آن مورد تحقیق قرار گرفته است. از آنجایی که توزیع تنش برشی در طول جداره کانالها و همچنین تاثیر شکل مقطع در میزان حمل رسوبات بسیار مهم است، توزیع تنش برشی در کانالهای با مقطع مختلف (مستطیلی، ذوزنقه ای، دایره ای و مقطع مستطیلی با کفv شکل) بررسی و مقایسه شده اند. برای اندازه گیری تنش برشی جداره از لوله پرستون  (Preston tube)به قطر داخلی 4.075 میلی متر استفاده شده است. نتایج داده های آزمایشگاهی نشان می دهند که توزیع تنش برشی در تمام مقاطع کانالها در شرایط جریان فوق بحرانی تغییراتی مشهود داشته ولی در حالت جریان زیر بحرانی توزیع ها بدون برآمدگی و نسبتا صاف هستند. نتایج حاصل همچنین نشان می دهد که شکل مقطع کانال و جریانهای ثانویه(secondary flows) در توزیع تنش برشی بسیار موثر بوده است. البته این تاثیر در جریان های زیر بحرانی و فوق بحرانی در کانالها متفاوت می نمایند. بدین منظور از آنالیز درصد سهم نیروی برشی دیواره کانال  (%SFw)استفاده گردیده است. براساس نتایج به دست آمده، نسبت محیط مرطوب بستر کانال به محیط مرطوب دیواره آن (P+ = Pb/Pw) پارامتر مناسبی برای معرفی%SFw می باشد. یک نتیجه جالب این است که مقدار متوسط ضریب ویسکوزیته گردابی (l) تابع دبی جریان در کانالها است، طوری که با افزایش دبی جریان از مقدار l کاسته می شود. این موضوع بایستی در مدل های کامپیوتری برای جریان در کانال های روباز مدنظر قرار گیرد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار FLOW3D توزیع سرعت جریان و تنش برشی بستر در کانال های مرکب پیچان تحت اثر تغییر عرض سیلاب دشت و عمق نسبی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منطور از چهار مقطع کانال مرکب پیچان با عرض سیلاب دشت های 3. 3، 4. 31، 5. 32 و 6. 33 متر و با سه عمق نسبی 0. 26، 0. 35 و 0. 45 استفاده شد. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان داد که با افزایش عرض سیلاب دشت از مقدار سرعت متوسط عمقی و تنش برشی بستر کاسته می شود به طوری که با افزایش 92 درصدی عرض سیلاب دشت، مقدار حداکثر سرعت جریان در کانال اصلی 24 درصد کاهش می یابد. همچنین مقدار سرعت متوسط درعمق های نسبی 0. 45 و 0. 26 به ترتیب 17 و 21 درصد کاهش یافت و میزان تغییر سرعت متوسط عمقی با توجه به تغییر عرض سیلاب دشت برای عمق های نسبی پایین محسوس تر بود. اثر تغییر عرض سیلاب دشت روی تنش برشی بستر، در مقطع میانی بین دو تاج پیچان (مقطع CS3) دارای بیشترین مقدار می شود به طوری که با افزایش 92 درصدی عرض سیلاب دشت در مقطع میانی (CS3) تنش برشی بستر 35 درصد کاهش پیدا می کند. همچنین میزان تنش برشی جداره در قوس داخلی در تمامی کانال ها از تنش برشی جداره در قوس خارجی بیشتر بوده و حداکثر مقدار تنش برشی دیواره در نزدیکی عمق لبریز کانال اصلی رخ می دهد و با افزایش عمق نسبی بر میزان تنش برشی جداره ها افزوده می شود.

تخمین مقاومت هیدرویکی جریان در کانال های روباز به واسطه ی وجود جریان های ثانویه و لزجت گردابی همواره با چالش جدی مواجه بوده است. به واسطه ی وجود اثر جداره ها بر موقعیت سرعت حداکثر، تعیین سهم لوله های جریان در بستر و جداره با خطا مواجه است. برای این منظور در این تحقیق ابتدا با استفاده از روش ترسیم تطابقی و رسم خطوط هارمونیک جریان و پتانسیل، سهم لوله های جریان در بستر و جداره تخمین زده شده؛ پس از آن، با حذف اثر عوامل ایجادکننده ی گرادیان سرعت در نتایج ساده شده ی حل توام معادلات پیوستگی و ممنتم، مقادیر تنش برشی حاصل از وزن لوله های جریان در بستر و جداره ها محاسبه گردید. از مقایسه ی نتایج حاصل از روش ترسیم تطابقی با نتایج آزمایشگاهی اندازه گیری مستقیم تنش برشی، میزان اندرکنش گردایان سرعت بر نتایج تنش برشی به روش ترسیم تطابقی تعیین گردید. بررسی-ها نشان می دهد که با افزایش نسبت ظاهری، اثر گرادیان سرعت کاهش می یابد، به گونه ای که با افزایش نسبت ظاهری از 1 به 20، میزان اثر گرادیان سرعت بر تخمین تنش برشی بستر به ترتیب از 7 به 1 درصد و در جداره از 15 به 3 درصد کاهش می یابد. سرانجام با ارائه ی روابطی مقادیر تدقیق شده ی تنش برشی در بستر و جداره معرفی شده اند.

مطالعه تجربی میدان جریان در آبراهه‎های مرکب می تواند در پیش بینی رفتار رودخانه ها در زمان سیلاب، به مهندسین هیدرولیک کمک نماید. در این پژوهش تلاش شده است با استفاده از داده های آزمایشگاهی میدان جریان شامل نمودارهای منحنی های هم سرعت، پراکنش عرضی سرعت میانگین در عمق، پراکنش عرضی تنش برشی مرزی و تنش برشی ظاهری در فصل مشترک بین آبراهه اصلی و سیلاب دشت ها در یک آبراهه مرکب منشوری با سیلاب دشت های به عرض 400 میلی متر و شیب جانبی 075/0 (زاویه 29/4 درجه) مورد مطالعه قرار گیرد. برای این منظور پس از برقرای جریان یکنواخت برای پنج عمق نسبی مختلف 235/0، 270/0، 316/0، 363/0 و 393/0 (متناظر با دبی های 27، 30، 35، 40 و 45 لیتر بر ثانیه) سرعت های نقطه ای با استفاده از سرعت سنج صوتی داپلر (ADV) اندازه گیری شده است. تنش برشی مرزی نیز با استفاده از لوله پرستون اندازه گیری شده است. در برخی مراحل نتایج حاصل از این پژوهش با داده های موجود در آبراهه های مرکب منشوری با سیلاب دشت های به عرض 400 میلی متر ولی بدون شیب عرضی مقایسه شده است. بررسی ها نشان می دهد که در آبراهه مرکب منشوری نیز حداکثر اندرکنش بین جریان در آبراهه اصلی و سیلاب دشت ها در محوده عمق نسبی تقریباً 3/0 اتفاق می افتد.

سرریزهای جانبی از جمله سازه های آبی می باشند که معمولا به عنوان سازه های اضطراری در تاسیسات هیدرولیکی بزرگ چون سدها و شبکه های آبیاری و زه کشی به کار برده می شوند که به علت حساسیت موضوع نیاز به طراحی و بررسی دقیق دارند. لذا کاربرد روش های شبیه سازی و حل عددی در طراحی این گونه از سازه های آبی می تواند از اهمیت ویژه ای برخوردار باشد. در این پژوهش الگوی جریان و نحوه توزیع تنش برشی روی انواع سرریزهای جانبی لبه پهن با پهنا و شکل ورودی همراه با دبی های متفاوت از طریق شبیه سازی عددی در حالت های 2 بعدی و 3 بعدی مورد بررسی قرار گرفت. سپس نتایج با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردید. آزمایش ها در یک کانال مستطیلی همراه با یک سرریز جانبی به طول 70 سانتی متر روی سرریزهایی با ورودی تیزگوشه و گردگوشه با شعاع های گردشدگی 5 و 10 و 15 سانتی متری در یک دبی ثابت با نسبت آبگیری 0.4 و 0.6 به ترتیب در کانال های اصلی و فرعی انجام شد. بررسی و مقایسه حل عددی با نتایج آزمایشگاهی در این تحقیق موید آن است که در سرریزهای جانبی با ورودی گردشده به میزان قابل توجهی از تنش برشی وارده بر کف و دیواره های سرریز جانبی و هم چنین جریان های چرخشی غیرموثر در ابتدای ورودی سرریز جانبی در مقایسه با حالت تیزگوشه کاسته شده که این امر نهایتا موجب افزایش راندمان آبگیری گردیده است.

در این پژوهش به بررسی توزیع تنش در حفره های خوردگی روی پره ی کمپرسور توربین گازی به روش المان مرزی پرداخته می شود. در این راستا ابتدا نمونه ی خمش دو نقطه ای از جنس پره ی کمپرسور توربین گازی ساخته شده و به کمک آزمون پتانسیو استاتیک تحت پتانسیل mVSCE 350 در محلول 5/3 درصد وزنی سدیم کلرید قرار می گیرد تا نمونه در محل خمش بیشینه دچار خوردگی حفره ای شود. سپس عمق حفره های رشد یافته با استفاده از دستگاه ادی کارنت محاسبه می شود. با شبیه سازی نمونه ی تحت خوردگی حفره ای در نرم افزار کامسول و تطابق نتایج آن با نتایج دستگاه ادی کارنت مشخص شد که شبیه سازی تا حد زیادی می تواند جایگزین تست آزمایشگاهی شود. برای محاسبه ی توزیع تنش کششی در مقطع عرضی نمونه ی تحت خوردگی حفره ای، گسسته سازی معادله ی لاپلاس حاکم بر نمونه انجام شد. با حل معادلات گسسته سازی شده و مقایسه ی آن ها با نتایج نرم افزار کامسول نتایج یکسانی بدست آمد. با توجه به نتایج، حفره تمایل دارد به صورت سطحی رشد کند. این یعنی رشد سطحی حفره از رشد آن در جهت عمق بیشتر است. دلیل این امر این است که در نزدیکی سطح نمونه، تنش کششی و پتانسیل الکتریکی زیاد است و همچنین واکنش های شیمیایی و خوردگی در نواحی نزدیک به سطح حفره بیشتر است.