دانستن سرعت جبهه و شدت اختلاط جریان غلیظ در مخازن سدها و دریاها بسیار حایز اهمیت می باشد. یکی از پارامترهای بسیار موثر در تغییر هیدرولیک جریان غلیظ، تغییرات مقطع عرضی رودخانه قبل از ورود به مخازن سدها است. لذا در مقاله حاضر تاثیر تغییرات میزان گذر جریان غلیظ و شیب بستر در میزان پخش و پراکندگی و سرعت جبهه جریان کدر و میزان اختلاط در یک مقطع واگرا توسط مدل فیزیکی و یک مدل ریاضی 3 بعدی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است. آزمایشات در یک فلوم با طول 6 متر، عرض 72.5 سانتی متر و ارتفاع 60 سانتی در شیب ها و دبی های مختلف انجام و جهت تعیین پروفیل سرعت در بدنه جریان از دستگاه لیزر داپلر دو بعدی استفاده شد. ارتفاع و سرعت جبهه جریان، سرعت بدنه جریان اصلی و عدد ریچاردسون بصورت اعداد بی بعد تعیین و بطور جداگانه مورد بررسی قرار گرفتند. مشاهدات بیانگر افزایش سرعت بی بعد جبهه موج در مقطع واگرا می باشد. همچنین اندازه گیریهای انجام شده نشان داد که میزان اختلاط در بدنه جریان غلیظ در مقطع واگرا نسبت به مقطع ثابت با شدت بیشتری انجام می گیرد. در بعضی از آزمایشات نیز بسته به میزان جریان ورودی غلیظ و شیب بستر در مقطع واگرا پرش هیدرولیکی مشاهده شد که این پدیده نیز بررسی و نتایج مربوطه ارایه گردید.

در این تحقیق مشخصات جهش هیدرولیکی واگرا در حوضچه مستطیلی با شیب کف معکوس به صورت تئوری و آزمایشگاهی بررسی شده است. بدین منظور با بسط مبانی تئوری جهش هیدرولیکی، روابط تئوری برای نسبت عمق ثانویه و افت نسبی انرژی استخراج و با آزمایش هایی بر روی یک مدل حوضچه آرامش واگرا با شیب کف معکوس، که برای این منظور طراحی و ساخته شده بود، عمق ثانویه، طول و سایر مشخصات جهش بررسی شد. آزمایش ها برای 4 زاویه واگرایی (3، 5، 7 و 10 درجه) به اضافه جهش مستقیم در مقطع مستطیلی و برای 4 شیب کف معکوس (2.27، 4.1، 5.61 و 8 درصد) به همراه شیب صفر و در دامنه اعداد فرود (9-2.5) صورت گرفت. مقایسه نتایج نشان داد که مطابقت زیادی بین نسبت عمق ثانویه تئوری و تجربی وجود دارد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان داد که بطور متوسط در هر زاویه واگرایی، افزایش شیب کف معکوس از صفر به 8 درصد باعث می شود در مقایسه با جهش کلاسیک، نسبت عمق ثانویه 47 درصد و طول نسبی جهش 35 درصد کاهش و افت نسبی انرژی 20 درصد افزایش یابد.

حوضچه های آرامش قسمت کوتاهی از یک کانال کف سازی شده اند که به صورت سازه ای خاص در انتهای سرریزها و هر منبع دیگری که جریان فوق بحرانی ایجاد می کند برای کنترل پرش هیدرولیکی ساخته می شوند و هر چه طول آنها کوتاه تر باشداز نظر اقتصادی مناسب تر خواهند بود. هدف از این تحقیق بررسی خصوصیات پرش هیدرولیکی در مقطع واگرای کانال با شیب معکوس می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که واگرایی و شیب معکوس کانال، نسبت اعماق مزدوج و طول پرش را کاهش می دهد. هم چنین واگرایی باعث افزایش افت نسبی انرژی پرش نیز می گردد. اما در کانال با شیب معکوس تغییر محسوسی در افت نسبی پرش نسبت به حالت کف افقی مشاهده نشد. بنابراین نقش واگرایی در افزایش افت نسبی انرژی پرش بیشتر از شیب معکوس است. نتایج هم چنین نشان داد که کاهش 37.22 درصد نسبت اعماق مزدوج و 61 درصد طول پرش و هم چنین افزایش 54 درصد افت انرژی پرش هیدرولیکی در مقایسه با پرش کلاسیک مشهود بوده است. بنابراین از مقاطع واگرا با شیب معکوس برای استهلاک انرژی پرش هیدرولیکی در حوضچه های آرام کننده جریان می توان استفاده نمود.

هدف از این تحقیق بررسی اثر پوشش گیاهی صُلب و انعطاف پذیر سیلابدشت بر روی الگوی جریان و نحوه تشکیل جریان های ثانویه در کانال های مرکب واگرا با بستر متحرک می باشد. به همین دلیل کلیه آزمایش ها در یک فلوم آزمایشگاهی انجام شد که در آن از میله های پلاستیکی با قطر 10 میلی متر بعنوان پوشش گیاهی درخت استفاده شد و چمن های مصنوعی به ارتفاع 3 سانتی متر در بستر سیلابدشت ساختار پوشش گیاهی علفزار را بوجود آوردند. نتایج نشان می دهد که پوشش گیاهی (صُلب و انعطاف پذیر)، گرادیان سرعت جریان را در صفحه عمودی مشترک بین کانال اصلی و سیلابدشت افزایش می دهد. حضور پوشش گیاهی سیلابدشت بطور متوسط موجب کاهش 1/63 درصدی سرعت جریان در سیلابدشت شده است. همچنین، در تمامی تراکم های پوشش گیاهی مشاهده گردید که پروفیل های قائم مؤلفه طولی سرعت در جهت جریان اندازه گیری شده با حرکت از دیواره کانال اصلی به سمت ناحیه مشترک تقریباً از یک پروفیل S شکل تبعیت می کنند. علاوه براین، در کانال مرکب با سیلابدشت واگرا حضور پوشش گیاهی موجب تشکیل دو گردابه در خلاف جهت همدیگر در محدوده کانال اصلی خواهد شد، بطوریکه یک گردابه پادساعتگرد نسبتاً ضعیف تحت تأثیر دیواره مشترک عمودی در ترازی پایین تر از ارتفاع لبریزی و گردابه ای ساعتگرد و نسبتاً قوی در محدوده بالای تراز لبریزی شکل می گیرد که میزان و شدت آن ها به نحوه شکل گیری فرم بستر در کانال اصلی بستگی دارد.

حوضچه های آرامش با مقطع واگرا دارای عملکرد هیدرولیکی مناسب تر و هزینه ساخت کمتر نسبت به حوضچه های کلاسیک می باشند. در تحقیق حاضر با به کارگیری داده های آزمایشگاهی و به ازای هفت عدد فرود مختلف در محدوده 1/9-2/3، سه مدل از حوضچه های مذکور با هندسه های مختلف از نظر زاویه واگرایی و نوع دیواره، در حالت سه بعدی مورد شبیه سازی عددی قرار گرفت. برای تحلیل آشفتگی از مدل های k-ε RNG و RSM و برای سطح آزاد جریان از مدل حجم سیال (VOF) در محیط نرم-افزار Fluent استفاده شد. دقت مدل های آشفتگی مذکور در شبیه سازی سطح آزاد پرش مشابه یکدیگر و میانگین خطای محاسباتی آنها به ترتیب 4/7 و 7/5 درصد حاصل شد. اما در شبیه سازی پروفیل های سرعت مدل RSM عملکرد بهتری را به همراه داشت، به طوری که میانگین خطای محاسباتی مدل های k-ε RNG و RSM به ترتیب 2/16 و 7/7 درصد بدست آمد. بر اساس نتایج مدل عددی وقوع جریان دوپایا در مقاطع واگرا به خوبی قابل مشاهده بود. همچنین با استفاده از مدل RSMتوزیع قائم شدت آشفتگی، تنش-های رینولدز و انرژی جنبشی اغتشاش در مقاطع مختلف پرش مورد بررسی قرار گرفت.

در مطالعات گزارش شده پیشین در ارتباط با قاب های مهاربندی شده واگرا، آزمایشهای انجام شده محدود به تیرهای پیوند ایزوله شده با شرایط سرحدی ایده آل، یا زیرمجموعه هایی از قاب مهاربندی شده بوده و بر اساس اطلاعات موجود، رفتار کلی قاب کامل، به صورت آزمایشگاهی مطالعه نشده است. آزمایشهای انجام شده در تحقیقات مزبور نیز محدود به مقاطع بال پهن مطابق مشخصات فنی  AISCبوده است. در مطالعه حاضر، قاب های تک دهانه یک طبقه مهاربندی شده واگرا با مقیاس کامل تحت تاثیر بار تناوبی مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار داده شده تا رفتار کلی این نوع قاب های مهاربندی شده به شکل مجموعه شامل ستون ها، تیر و اعضای مهاری مطالعه شود و آثار نوع اتصال، اعضای مهاری، و آثار اندرکنشی مربوط در رفتار تیر پیوند در مجموعه قاب مهاربندی شده به دقت بررسی شود.در مطالعه حاضر از پروفیل های IPE مطابق استاندارد آلمان (DIN) استفاده شده تا کفایت آن از نظر کاربرد به عنوان تیر پیوند محک زده شود؛ زیرا فقط این نوع مقطع از انواع مقاطع I شکل در کشور در حال تولید است. همچنین آثار فاصله سخت کننده های تیر پیوند، فاصله و موقعیت مهارهای جانبی، ظرفیت شکل پذیری مجموعه و گونه های گسیختگی مشاهده شده، از دیدگاه احتمال محدودسازی قابلیت جذب انرژی سیستم ناشی از بروز کمانش یا شکست زودرس اعضا، اجزا و اتصالات مورد بحث قرار داده شده اند. در این ارتباط، ضمن تشریح ویژگیهای رفتاری مشاهده شده در حین آزمایشها، مسایلی مانند حاشیه اطمینان کافی برای اعضا و اجزای حفاظت شده از نظر ظرفیتی و تقاضای شکل پذیری این اجزا مورد توجه قرار داده شده و نشان داده شده که بررسی تیر پیوند ایزوله برای نیل به نیات مذکور در فوق کفایت نمی کند و ضمن ارزیابی برخی از توصیه های طراحی آیین نامه های معتبر موجود در زمینه طراحی مهاربندی واگرا، نشان داده شده که پروفیل های نوع IPE را، مشروط به تامین سخت کننده های جان و تکیه گاههای جانبی کافی، می توان به منظور نیل به عملکرد مورد انتظار به عنوان تیر پیوند در مهاربندی واگرا به کار برد.