دانلود تحقیق آزمایش کانال روباز

آزمایش کانال روباز :(بررسی جریانهای مختلف در یک کانال)
مقدمه :
جریان با سطح آزاد معمولاً به جریانی از مایعات اطلاق می شود که قسمتی از آن به نام سطح ازاد صرفاً تحت فشار معینی باشد .

جریان در اقیانوسها و رودخانه ها و نیز جریان مایعات در لوله هایی که کاملاً پر نشده اند جریان با سطح آزاد هستند که در آنها قسمتی از مرز جریان تحت فشار اتمسفر قرار دارد .

جریان در کانالهای روباز انواع بسیار متنوعی دارد .

از جریان آب بر روی سطح یک زمین شخم زده در هنگام بارندگی شدید تا جریان با عمق ثابت در یک کانال منشوری بزرگ .

این جریانها را می توان به انواع دائمی و غیردائمی یکنواخت و غیریکنواخت تقسیم بندی کرد .

جریان دائمی یکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان و عمق آن در طول کانال تغییر نمی کند .

این نوع جریان در کانالهای منشوری بسیار طویل رخ می دهد .

در چنین کانالهایی پس از طی مسافتی ، نیروی مقاوم اصطکاک با نیروی محرک جاذبه ثقل برابر شده سرعت جریان به سرعت حد می رسد .

از آن پس یک جریان یکنواخت یعنی جریانی با عمق و سرعت ثابت برقرار می شود که در آن افت ارتفاع اصطکاکی با افت ارتفاع هندسی سبز کانال برابر است .

عمق جریان دائمی یکنواخت را عمل نرمال گویند .

جریان دائمی غیریکنواخت جریانی است که دبی آن در طی زمان تغییر می کند .اما عمق آن در طول کانال تغییر می نماید .

این نوع جریان در کانالهای غیرمنشوری و سطوحی ابتدایی و انتهایی کانالهای منشوری رخ می دهد .

جریان غیریکنواخت را اصطلاحاً جریان متغیر نامیده اند .

جریان های متغیر را می‌توان به دو دسته متغیر تدریجی و متغیر سریع تقسیم بندی کرد .

در جریان تدریجی عمق یا مقطع جریان تدریجاً تغییر می کنند .

در جریان متغیر سریع ، سرعت و عمق جریان در فاصله کوتاهی از طول کانالهای سریعاً تغییر می کنند ، مانند جریان در یک تبدیل ، جریان غیردائمی یکنواخت بندرت رخ می دهد .

جریان غیردائمی غیریکنواخت فراوان است اما تحلیل آن مشکل است .

اگر سرعت جریان کمتر از سرعت انتشار یک موج کوچک در کانال باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک در خلاف جهت جریان بالا دست حرکت کنند و شرایط جریان در بالادست تغییر دهند ، جریان را کند یا دوخانه ای گویند .

در این نوع جریان ، شرایط بالادست متاثر از پایین دست است ، به عبارت دیگر ، جریان از پایین دست کنترل می‌شود .

اگر سرعت انتشار امواج باشد بطوریکه اغتشاشهای کوچک همراه با مایع به پایین دست رفته شوند جریان را تند یا سیل آسا گویند .

در این نوع جریان تغییرات کوچک در شرایط پایین دست ، شرایط بالادست را تغییر می دهد .

به عبارت دیگر جریان از بالا دست کنترل می شود .

اثر سرعت جریان با سرعت انتشار امواج کوچک برابر باشد جریان را بحرانی گویند .

برای طبقه بندی فوق از اصطلاحات زیر بحرانی و فوق بحرانی نیزاستفاده می شود .

جریان کند که سرعت آن از سرعت بحرانی کمتر است را زیر بحرانی و جریان تند که سرعت آن از سرعت بحرانی بیشتر است را فوق بحرانی گویند .

سرعت درونی کانال صفر است و عموماً با افزایش فاصله از آن افزایش می یابد ، سرعت حداکثر که در روی سطح ازاد بلکه پایین تر از آن و معمولاً به فاصله ای حدود 05/0 تا 25/0 عمق از آن رخ می دهد .

سرعت متوسط در روی یک خط قائم را با اندازه گیری سرعت جریان در 6/0 عمق تعیین می کنند .

هدف :
هدف از آزمایش آشنایی با قوانین حاکم بر جریان در کانالهای باز ، انواع جریانها و دسته بندی آنها ، یافتن عمق بحرانی ، مشاهده و تجزیه و تحلیل پرش هیدرولیکی و همچنین بررسی نیرو دریچه ها می باشد .

تئوری و تجزیه و تحلیل : برای کانالهای باز اشکال هندسی مختلفی استفاده می شود مانند مقطع ذوزنقه ای که خود شامل مقطع مستطیلی و مثلثی است .

مقطع دایره ای ، مقطع سهمی شکل ، هر کدام از این مقاطع برای کار بخصوصی در نظر گرفته می شود .

مثلاً در بیشتر کانالهای آبیاری ، نهرها و مقاطع ذوزنقه ای استفاده می شود و در سیستم های جمع آوری فاضلاب از مقاطع دایره ای استفاده می شود .

مقطعی که به ازاء سطح یکسان محیط کمتری داشته باشد ، اصطکاک کمتری ایجاد می کند و لذا ظرفیت انتقال دبی بیشتری را دارد .

بطور کلی هزینه های احداث یک کانال عبارتند از هزینه پوشش کانال که متعامل با محیط آن است .

با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم اگر سطح مقطع حداقل باشد ، محیط نیز حداقل است .

با استفاده از فرمول ماتینگ می توان نشان داد که به ازای دبی ، شیب و زبری معلوم ، اگر سطح مقطع حداقل باشد .

محیط نیز حداقل خواهد بود و لذا هزینه خاکبرداری و هزینه پوشش کانال همزمان به حداقل می رسند .

مقطعی که در بین مقاطع هم شکل خود ، حداقل سطح یا محیط را داشته باشد بهترین مقطع هیدرولیکی نامیده می شود .

فرمول آن به صورت زیر است : محاسبات و نتایج : مرحله اول : بدون مانع : اندازه عمق های مختلف : y میانگین = دبی اندازه گیری شده اندازه گیری های بعدی: برای بدست آوردن ضریب مانینگ مرحله دوم : با مانع : اندازه عمق های مختلف : عمق آب قبل از پرش هیدرولیکی : عمق آب بعد از پرش هیدرولیکی : عمق های بعد از پرش هیدرولیکی : دبی اندازه گیری شده :‌ زمانی که دبی را کم می کنیم ، داده های زیر اندازه گیری شد .

ارتفاع قبل از پرش : ارتفاع بعد از پرش : زمانی که دبی را کم کرده ایم داده های زیر اندازه گیری شد .

ارتفاع قبل از پرش : ارتفاع بعد از پرش :‌ زمانی که دبی را کمتر کردیم ، داده های زیر اندازه‌گیری شد .

ارتفاع میانگین قبل از پرش هیدرولیکی : ارتفاع میانگین بعد از پرش هیدرولیکی : ارتفاع های بعد از پرش : برای بدست آوردن منحنی عمق بحرانی به دبی باید عمق های بحرانی را در هر دبی با توجه به فرمول بدست آورد .

، ، برای بدست آوردن در دبی حداکثر عدد فرود را بدست می آوریم ، سپس عدد فرود را نوشته و سرعت را بدست می آوریم ، از طریق دبی حداکثر و سرعت سطح مقطع را بدست می آوریم و سپس را بدست می آوریم : ارتفاع آب قبل از پرش : ارتفاع آب بعد از پرش : علت اختلاف بین ناشی از فرمول و ناشی از اندازه گیری عملی مربوط به فرمول می باشد .

چون فرمول ها در آزمایش دقت کافی ندارند .

به کمک این آزمایش چگونگی وقوع پرش هیدرولیکی ، عمق های بحرانی و تاثیرات عدد فرود مشخص گردید .

این آزمایش نشان داد با تغییر دبی چگونه تمام قسمت های دیگر مساله ممکن است تغییر نمایند .

محاسبات آزمایش افت اصطکاک در لوله ها : ‌ و پس جریان در هم است .

محاسبات تئوری : برای داریم : ×=خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای لوله های 4-3 داریم : ×=خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای 5-6 داریم : ×=خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا برای : خطا 1.33×100.3350.2681.16×100.2620.4480.1938.33×100.1560.1440.1226.4×100.1030.0940.0745×100.0670.0620.051 ReF1.33×101.3515048.2620.03491.166×101.1813157.4970.03558.333×100.849398.2120.03756.4×100.697218.2720.03755×100.5075638.2970.0415 y(cm)m(gr)59.19.318.6550gr55.28.1516.3450536.613.635044.65.611.225041.54.829.820043.83.428.415054.91.826.8100-6250.084.950