علوم آب و خاک

دریچه‌های سالونی با مزایای قابلیت نصب آسان، خودکارسازی و امکان عبور راحت رسوبات و اجسام شناور، از جمله سازه‌های جدید تنظیم سطح آب و کنترل دبی در کانال‌های آبیاری هستند. تبدیل شکل دریچه از مستطیلی به بیضوی، امکان افزایش دبی عبوری با یک رقوم سطح آب را فراهم می‌کند. در تحقیق حاضر تأثیر تبدیل ناگهانی بر مقدار دبی و افت انرژی دریچه سالونی- بیضوی در شرایط جریان مستغرق به‌صورت آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج بیانگر آن است که مقدار دبی و افت انرژی دریچه سالونی- بیضوی با تبدیل ناگهانی نسبت به شرایط هم‌عرض کانال به‌ترتیب در حدود 28 تا 86 درصد کاهش و 11 تا 35 درصد افزایش می‌یابد. در پایان روابط آماری برای برآورد دبی با حداکثر خطای 16±  درصد و افت انرژی دریچه دریچه سالونی- بیضوی با تبدیل ناگهانی در شرایط جریان مستغرق با حداکثر خطای 16±  درصد ارائه شد.

در این مطالعه دقت مدل¬های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی¬ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با 4 شیب معکوس، 4 قطر زبری بستر، 4 ارتفاع پله مثبت انتهایی، 3 عدد فرود و 4 دبی اندازه¬گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R2 برای برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به‌ترتیب 0/059، 0/001- و 0/989 بدر این مطالعه دقت مدل¬های  ANFISو ANFIS-PSO در برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی شامل نسبت اعماق مزدوج، طول نسبی، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی در یک حوضچه آرامش در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی ارزیابی شد. این ویژگی¬ها در حوضچه آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی با 4 شیب معکوس، 4 قطر زبری بستر، 4 ارتفاع پله مثبت انتهایی، 3 عدد فرود و 4 دبی اندازه¬گیری شدند. میانگین پارامترهای آماری NRMSE، CRM و R2 برای برآورد ویژگی¬های پرش هیدرولیکی توسط مدل ANFIS، به‌ترتیب 0/059، 0/001- و 0/989 بود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به‌ترتیب 0/185، 0/002 و 0/957 بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل¬ها قادرند ویژگی¬های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.ود. درحالی که مقادیر میانگین پارامترهای یادشده برای مدل ANFIS-PSO به‌ترتیب 0/185، 0/002 و 0/957 بود. نتایج حاصل نشان داد که این مدل¬ها قادرند ویژگی¬های پرش هیدرولیکی را با دقت بسیار زیاد برآورد نمایند. البته مدل ANFIS در برآورد نسبت اعماق مزدوج، طول پرش نسبی ، طول غلتاب نسبی و افت انرژی نسبی نسبت به مدل ANFIS-PSO اندکی دارای دقت بیشتری بود.

یکی از روش‌های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه‌ ‌آرامش، استفاده از زبری‌های طبیعی و مصنوعی است. اخیراً به‌دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری‌های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده‌است. در این مقاله تأثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °۴۵، °۷۵ و °90 بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق ‌مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده‌است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تأثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق ‌مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به‌ترتیب برابر 9/4، 24/6 و 28/4 درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی 5/5 درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد 90 درجه صفحات مستغرق با مقدار 6/5 درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به‌کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه‌های اقتصادی از میان انتخاب‌های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °75 گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش است.

استفاده از پرتاب‌کننده‌های جامی و مثلثی با شکل‌های مختلف، به‌دلیل ایمنی و استهلاک بهتر انرژی برای محافظت از بستر پایین‌دست ابنیه‌های آبی و همچنین مزایای اقتصادی نسبت به سایر مستهلک‌کننده‌های انرژی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. هدف این پژوهش بررسی افت انرژی جریان عبوری در سرریز جامی دندانه‌ای و مثلثی دندانه‌ای در شرایط آزمایشگاهی و عددی است. مدل‌سازی فیزیکی و عددی در یک فلوم مستطیلی به طول 9 متر، عرض 0/5 متر و ارتفاع 0/5 متر و سرریز جامی و مثلثی با دندانه با ابعاد مشخص مطابق استاندارد USBR در شدت‌جریان‌های مختلف در شرایط آزمایشگاهی و عددی استفاده شد. میزان افت انرژی در سرریز جامی دندانه‌ای 71/4 درصد و مثلثی دندانه‌ای 74/8 درصد در شرایط آزمایشگاهی به‌دست آمد که نشان داد سرریز مثلثی دندانه‌ای در زمینه اتلاف انرژی عملکرد مناسب‌تری نسبت به سرریز جامی دندانه‌ای دارد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد، شکل هندسه سرریز و وجود دندانه در انتهای سازه عامل مهم و تأثیرگذاری در میزان اتلاف انرژی جریان‌های عبوری از سرریزهای جامی دندانه‌ای و مثلثی دندانه‌ای دارد که باعث شکسته و فشرده‌شدن بیشتر خطوط جریان عبوری و به‌تبع آن افزایش سرعت در لحظه پرتاب و درنهایت اتلاف نسبی انرژی بیشتر در پایین‌دست سازه می‌شود. پس از تعیین عملکرد بهتر سرریز مثلثی دندانه‌ای در اتلاف انرژی، به شبیه‌سازی عددی سرریز مثلثی دندانه‌ای به روش محاسبات عددی در نرم‌افزار Flow-3D پرداخته شد. نتایج تحلیل نشان داد که میزان اتلاف انرژی در سرریز مثلثی دندانه‌ای در محاسبات عددی 87/5 درصد بود که نشان‌دهنده همسو بودن و صحت آزمایش‌های انجام‌شده با شرایط آزمایشگاهی است.