نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

مدلسازی آزمایشگاهی فلوم متخلخل با گلوگاه ذوزنقه‌ای و مثلثی در شرایط جریان مستغرق

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
2 پژوهشگر پسا دکتری، دانشکده عمران و محیط زیست دانشگاه پلی تکنیک هنگ کنگ، هنگ کنگ.
چکیده
فلوم‌های بدون گلو به دلیل ساختار ساده و اجرای راحت، در کنار دقت بالایی که دارند، ابزاری کارآمد جهت اندازه‌گیری دبی در کانال‌های روباز محسوب می‌شوند. از طرفی سازه‌های گابیونی به دلیل سازگاری با محیط زیست و کارایی بهتر آنها نسبت به سازه‌های صلب مورد توجه محققین مختلف قرار گرفته است. در این پژوهش به مدلسازی آزمایشگاهی فلوم متخلخل با گلوگاه ذوزنقه‌ای و مثلثی در شرایط جریان آستانه استغراق و مستغرق، پرداخته شده است. بدین منظور 36 فلوم ساخته شد که دارای ارتفاع، بازشدگی گلوگاه و درصد تخلخل متفاوتی بودند. در مجموع 330 آزمایش در شرایط جریان آستانه استغراق و 880 آزمایش در شرایط جریان مستغرق بر روی این فلوم‌ها انجام گرفت. نتایج حاکی از آن است که برای یک دبی ثابت در صورتی که بازشدگی و تخلخل مصالح ثابت باشد، با افزایش ارتفاع فلوم، عمق آستانه استغراق به میزان 5 تا 28 درصد افزایش پیدا می‌کند که موجب مقاومت فلوم در برابر استغراق می‌شود. همچنین، فلوم متخلخل با ارتفاع 20 سانتی‌متر که گلوگاه مثلثی دارد و مصالحی با درصد تخلخل 37 درصد پر شده است، مقاوم‌ترین فلوم در برابر استغراق است. در انتها، با استفاده از رگرسیون چند متغیره غیرخطی به عنوان یک مدل جعبه سفید و نیز مدل GEP به عنوان یک مدل جعبه خاکستری روابطی تجربی بر اساس تحلیل ابعادی انجام شده، استخراج شد و با استفاده از معیارهای آماری مورد ارزیابی قرار گرفت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Aali, F. & Vatankhah, A.R. (2023). Experimental study of simple flumes with trapezoidal contraction. Flow Measurement and Instrumentation, 90, 102328, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2023.102328.
Aminpour, Y., Vatankhah, A.R. & Farhoudi, J. (2020). Experimental modeling of flumes with two semi-cylinder contractions (free and submerged flows). Flow Measurement and Instrumentation, 76, 101844, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2020.101844.
Azamathulla, H.M. & Ghani, A.A. (2010). Genetic programming to predict river pipeline scour. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, 1(3), 127–132.
Azma, A., Tavakol Sadrabadi, M., Liu, Y., Azma, M., Zhang, D., Cao, Z. & Li, Z. (2023). Boosting ensembles for estimation of discharge coefficient and through flow discharge in broad-crested gabion weirs. Applied Water Science, 13(2), 45, https:// doi.org/10.1007/s13201-022-01841-x.
Bijankhan, M. & Ferro, V. (2019). Experimental study on triangular central baffle flume. Flow Measurement and Instrumentation, 70, 101641, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2019.101641
Bijankhan, M., Teymourkhani, A. & Ferro, V. (2022). Portable central baffle flume. Journal of Agricultural Engineering, 53(2), https://doi.org/ 10.4081/jae.2022.1339.
Boiten, W. (2002). Flow measurement structures. Flow Measurement and Instrumentation, 13(5–6), 203–207.
Doustkam, M., Rahmanshahi, M., Fathi-Moghadam, M., Keramat, A. & Duan, H.-F. (2024). Experimental study on the hydraulic performance of porous broad-crested weirs with sloping crests. Water Resources Management, 38(12), 4783–4802.
Fathi-moghaddam, M., Sadrabadi, M.T. & Rahmanshahi, M. (2018). Numerical simulation of the hydraulic performance of triangular and trapezoidal gabion weirs in free flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 62, 93–104.
Ferro, V. (2016). Simple flume with a central baffle. Flow Measurement and Instrumentation, 52, 53–56.
Ghasemi, M. & Vatankhah, A.R. (2024). Experimental study of simple flumes with converging triangular walls. Flow Measurement and Instrumentation, 97, 102623, https://doi.org/10.1016 /j.flowmeasinst.2024.102623.
Herb, W. & Hernick, M. (2022). Physical, analytical, and CFD models of a long-throated flume. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 148(3), 04022002, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001654.
Kapoor, A., Ghare, A.D., Vasudeo, A.D. & Badar, A. M. (2019). Channel flow measurement using portable conical central baffle. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 145(11), 06019010, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001 427.
Kazemi, H.S., Babarsad, M.S., Pourmmohamadi, M. H., Eslami, H. & Kharazi, H.G. (2024). Development of empirical models for the modular limit of trapezoidal and triangular throat flumes. Flow Measurement and Instrumentation, 100, 102721, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2024.102721.
Khosronejad, A., Herb, W., Sotiropoulos, F., Kang, S. & Yang, X. (2021). Assessment of Parshall flumes for discharge measurement of open-channel flows: A comparative numerical and field case study. Measurement, 167, 108292, https://doi.org/ 10.1016/j.measurement.2020.108292.
Mohamed, H.I. (2010). Flow over gabion weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136(8), 573–577.
Mohammadzadeh-Habili, J., Heidarpour, M. & Haghiabi, A. (2016). Comparison the hydraulic characteristics of finite crest length weir with quarter-circular crested weir. Flow Measurement and Instrumentation, 52, 77–82.
Rahmanshahi, M., Jafari-Asl, J., Fathi-Moghadam, M., Ohadi, S. & Mirjalili, S. (2024). Metaheuristic learning algorithms for accurate prediction of hydraulic performance of porous embankment weirs. Applied Soft Computing, 151, 111150, https://doi.org/10.1016/j.asoc.2023.111150.
Rahmanshahi, M., Jafari-Asl, J., Shafai Bejestan, M. & Mirjalili, S. (2023). A hybrid model for predicting the energy dissipation on the block ramp hydraulic structures. Water Resources Management, 37(8), 3187–3209.
Rahmanshahi, M. & Shafai Bejestan, M. (2020). Gene-expression programming approach for development of a mathematical model of energy dissipation on block ramps. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(2), 04019033, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001 442.
Raskar, V.B., Hailkar, S.S. & Student, M.E. (2018). Hydraulic investigation of floating miniature venturiflume. Int. J. Eng. Sci, 8(5), 17858, https://api.semanticscholar.org/CorpusID:212576842.
Samani, Z. & Magallanez, H. (2000). Simple flume for flow measurement in open channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(2), 127–129.
Shariq, A., Hussain, A. & Ahmad, Z. (2020). Discharge equation for the gabion weir under through flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 74, 101769, https://doi.org/10.1016 /j.flowmeasinst.2020.101769.
Skogerboe, G.V. & Hyatt, M.L. (1967). Rectangular cutthroat flow measurement Flumes. Journal of the Irrigation and Drainage Division, 93(4), 1–13.
Sun, B., Zhu, S., Yang, L., Liu, Q., Zhang, C. & Zhang, J. (2021). Experimental and numerical investigation of flow measurement mechanism and hydraulic performance on curved flume in rectangular channel. Arabian Journal for Science and Engineering, 46, 4409–4420.
Vatankhah, A.R. (2021). Discussion of “Cylindrical Central Baffle Flume for Flow Measurement in Open Channels” By Aniruddha D. Ghare, Ankur Kapoor, and Avinash M. Badar. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(7), 07021010, https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001580.
Vatankhah, A.R. (2022). General free-flow discharge equation for Parshall flumes. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 175(5), 257–270.
Vatankhah, A.R. & Mahdavi, A. (2012). Simplified procedure for design of long-throated flumes and weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 26, 79–84.
Yarahmadi, N. & Vatankhah, A.R. (2021). Experimental study on rectangular cut-throated flume: Effects of flume walls slopes and channel longitudinal slope. Flow Measurement and Instrumentation, 79, 101919, https://doi.org/ 10.1016/j.flowmeasinst.2021.101919.

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 23 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 26 مهر 1404