جریان های غلیظ زمانی رخ می دهد که سیالی درون سیال دیگر با چگالی متفاوت حرکت کند. تحقیقات زیادی در زمینه بررسی جریان غلیظ هنگامی که سیال پیرامون ساکن است وجود دارد ولی در حالتی که سیال پیرامون هم جهت با جریان غلیظ در جریان است مطالعاتی انجام نشده است، لذا این تحقیق با استفاده از یک مدل فیزیکی، فلومی به عرض 35 سانتی متر، طول 8.8 متر و ارتفاع 70 سانتی متر و در نظر گرفتن جریان غلیظ نمکی، سه دبی ورودی سیال پیرامون 2، 3 و 4 لیتر بر ثانیه، سه دبی سیال غلیظ 0.5، 1.0 و 1.5 لیتر بر ثانیه، سه شیب 0، 1 و 2 درصد و سه غلظت 10، 15 و 20 گرم بر لیتر انجام شد. نتایج نشان داد که سرعت پیشانی تابعی از سرعت سیال پیرامون می باشد، لذا از سرعت نسبی پیشانی در تجزیه و تحلیل داده ها استفاده گردید. در نهایت یک رابطه به منظور تخمین سرعت نسبی پیشانی جریان غلیظ ارائه شد.

یکی از عوامل کاهش ظرفیت ذخیره سازی مخزن سد و کاهش عمر مفید آن، رسوب گذاری ناشی از جریان غلیظ می باشد. تاکنون روش های متفاوتی به منظور کنترل جریان غلیظ ارائه شده است. در تحقیق حاضر، تاثیر نصب صفحات جانبی روی کنترل پیشانی جریان غلیظ به عنوان یک روش جدید به صورت مدل فیزیکی در آزمایشگاه بررسی شده است. متغیرهای مورد بررسی در این تحقیق شامل ارتفاع صفحات جانبی(3، 6 و 9 سانتی متر) و زاویه نصب آنها نسبت به دیواره(30، 60 و 90 درجه) بود، همچنین 4 آزمایش با انسداد کامل مسیر جریان برای ارتفاع های مورد نظر و یک آزمایش بدون نصب صفحات به منظور مقایسه پروفیل های غلظت بدنه جریان در حالات مختلف در نظر گرفته شد. نتایج حاصل نشان داد که برای تمام زوایای نصب، افزایش ارتفاع صفحات جانبی منجر به افزایش درصد کنترل پیشانی جریان غلیظ خواهد شد. بیشترین تاثیر صفحات جانبی در زاویه نصب 60 درجه بود که درصد کنترل به میزان تقریبا 80 درصد حاصل شد. همچنین، پروفیل غلظت بدنه جریان غلیظ در ارتفاع 9 سانتی متر و زاویه نصب 90 درجه بیشترین تغییر را نسبت به حالت بدون نصب صفحات جانبی داشت.

در مقاله حاضر خصوصیات هیدرولیکی جریان غلیظ (Density Current) ورودی به یک مخزن تحت تاثیر شیب کف آن مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. تاثیر شیب کف روی رفتار جریان غلیظ، سرعت جبهه جریان و اختلاط در بدنه جریان بطور آزمایشگاهی بررسی شده است. آزمایشات در یک فلوم با شیب متغیر و با استفاده از اندازه های مختلف رسوبات انجام شد تا بتوان برای محدوده وسیعی از متغیرها نتیجه گیری نمود. پارامترهای بدون بعدی شامل عدد ریچاردسون و عدد رینولدز و همچنین ارتفاع جبهه جریان، سرعت سقوط ذرات، سرعت جبهه جریان، سرعت بدنه جریان و شدت جریان همگی به شکل بدون بعد تعیین و مورد بررسی قرار گرفتند. مشاهدات و اندازه گیری ها نشان داد که خصوصیات جریان تحت تاثیر عدد ریچاردسون و شیب بستر می باشد. همچنین در آنالیز جریان، سرعت بدون بعد جبهه جریان غلیظ و سرعت سقوط بدون بعد ذرات معلق مورد توجه قرار گرفتند. علاوه بر این، روابطی بین سرعت جبهه جریان غلیظ و شدت جریان غلیظ (Buoyancy Flux) استخراج شد. با توجه به نتایج حاصله در تحقیق حاضر و تحقیقات قبلی سایر محققین، معادلات رگرسیونی اختلاط در بدنه جریان به صورت توابعی از عدد ریچاردسون و شیب کف بدست آمد.

رسوب گذاری در مخازن سدها امری اجتناب ناپذیر است که جریان های غلیظ یکی از عوامل موثر در آن می باشند. از آنجا که در ناحیه غوطه وری این جریان ها عامل حرکت جریان از مومنتم به شناوری تغییر می کند، تعیین مشخصات این ناحیه از اهمیت به سزایی برخوردار است. در تحقیق حاضر پارامترهای هندسی جریان غلیظ زیرگذر در ناحیه مذکور تحت تاثیر تغییر شیب کف، غلظت جریان ورودی و دبی ورودی در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایش ها در یک فلوم در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شدند. در تمامی آزمایش ها عمق غوطه وری، طول ناحیه غوطه وری و ارتفاع جریان در انتهای این ناحیه در دبی های مختلف و غلظت های 1006، 1009، 1013 و 1016 کیلوگرم بر مترمکعب برای سه شیب 8، 12 و 16 درصد اندازه گیری شد. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که طول ناحیه غوطه وری و ارتفاع جریان در انتهای این ناحیه روابط مستقیمی با عمق غوطه وری دارند.

در مقاله حاضر به بررسی و تجزیه و تحلیل پروفیل های سرعت در جریان غلیظ تحت شرایط متغیری از شیب کف، دبی و غلظت جریان غلیظ و کشش سیال پیرامون پرداخته شده است. آزمایش ها در فلومی شیب پذیر با استفاده از محلول آب و نمک به عنوان جریان غلیظ صورت گرفت. نتایج نشان داد که اعمال هر یک از شرایط فوق تاثیر بسزایی بر مشخصه های مهم پروفیل های سرعت دارد. در ادامه نیز پروفیل های بدون بعد جهت بررسی و مقایسه آنها در رژیم های زیربحرانی، بحرانی و فوق بحرانی استخراج شدند که نتایج نشان داد در حالت فوق بحرانی ضخامت پروفیل ها عموما بیشتر است که به دلیل کشش بیشتر سیال پیرامون می باشد. همچنین ضرایب روابط پروفیل های سرعت در نواحی جت و دیواره استخراج شدند که تطابق خوبی با اندازه گیری های آزمایشگاهی را نشان دادند. نسبت مشخصه های پروفیل های سرعت به یکدیگر نیز جهت درک بهتر ساختار پروفیل ها در جریان غلیظ محاسبه شدند.

مطالعه پدیده جریان غلیظ به عنوان یکی از مهم ترین پدیده های مؤثر بر رسوبگذاری در مخازن سدها، امری ضروری به شمار می رود. از آنجا که بیشتر مطالعات انجام شده روی بستر صلب بوده است و به طور مشخص اثر بستر متحرک و تشکیل فرم بستر روی مشخصات جریان غلیظ دیده نشده است. از این رو در این تحقیق، با مطالعه آزمایشگاهی جریان غلیظ در دو شرایط بستر صلب و متحرک به بررسی مشخصه شدت اختلاط و پارامترهای هیدرولیکی مؤثر بر آن پرداخته شد. نتایج تحقیق نشان داد، تغییرات ضریب شدت اختلاط وابسته به تغییرات زبری بستر و نوع فرم های بستر تشکیل شده است. همچنین، ضریب شدت اختلاط جریان غلیظ با تغییرات تنش برشی بستر نسبت به بستر صلب، ابتدا تا حدود 25 درصد کاهش یافته است و سپس با تشکیل فرم بسترهای بزرگ تر تا حدود 30 درصد افزایش می یابد و مجدداً با افزایش قدرت جریان و حذف فرم های بستر کاهش می یابد. همچنین در مقایسه نتایج این تحقیق با نتایج سایر پژوهشگران نشان داده شد، تشکیل فرم های بستر تا 50 درصد سبب افزایش ضریب اختلاط در یک ریچاردسون ثابت می شود.

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

جریان غلیظ زمانی اتفاق می افتد که اختلاف چگالی بین دو سیال وجود داشته باشد. این نوع جریان یکی از مکانیزم های مهم در انتقال و رسوبگذاری مواد غیرچسبنده در مخازن با دره های باریک و عمیق هستند. در تحقیق حاضر 63 آزمایش جریان غلیظ رسوبی اجرا شد تا تاثیر دو شکل و سه ارتفاع زبری مصنوعی روی رفتار این جریان نسبت به بستر صاف بررسی شود. پروفیل های قائم سرعت و غلظت در بدنه جریان برداشت شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که وجود زبری باعث افزایش ضخامت بدنه جریان غلیظ به مقدار متوسط 47 درصد، کاهش سرعت حداکثر به مقدار متوسط 29 درصد، و افزایش فاصله سرعت حداکثر از بستر به مقدار متوسط 163 درصد می شود. همچنین، برای زبری های مختلف در شرایط خاص هیدرولیکی و تحت تاثیر عوامل عدد فرود جریان، زبری نسبی و عامل انسداد پدیده برخاستگی مشاهده گردید. این رفتار پروفیل سرعت را در بدنه جریان تحت تاثیر می دهد به نحوی که با وقوع برخاستگی مقدار سرعت حداکثر 5 تا 25 درصد در طول جریان افزایش می یابد. با بررسی مقدار رسوبگذاری در طول جریان، مشخص گردید که وجود زبری ها، به شرط وقوع نیافتن برخاستگی، رسوبگذاری را به طور متوسط 223 درصد افزایش می دهد.