عنوان:
تعیین تنش برشی کف و دیواره در کانالهای مرکب با بهره گیری از روشهای اندازه حرکت و انرژی
استاد راهنما:
دکتر منوچهر فتحی مقدم
اساتید مشاور:
دکتر سید حبیب موسوی جهرمی-دکتر محمود بینا
مهر 1391
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و تئوری
- مقدمه 2
- معادلات پایه 4
- تئوری لایه مرزی 8
1-3-1- ضخامت لایه مرزی 10
1-3-1-1-طبقه بندی علمی 10
1-3-1-2-طبقه بندی مهندسی 12
1-4-توزیع تنش 16
1-5-تئوری پژوهش 17
1-6-ساختار پایان نامه 19
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته
2-1- مقدمه 22
2-2- روشهای مختلف اندازه گیری تنش برشی 2
2-2-1- روش مستقیم 23
2-2-2- روش غیر مستقیم 28
2-2-2-1- روش مقاومت در برابر جریان 28
2-2-2-2- اندازه گیری پروفیل سرعت 29
2-2-2-3- بهره گیری از تنش رینولدز 30
2-2-2-4- روش انرژی متلاطم 30
2-2-2-5- روش لوله پرستون 31
2-2-2-6- روش مانع سطحی 32
2-2-2-7- روش نیم کره FST 33
2-2-2-8- روش قانون تنش مرتبه دوم 34
2-2-2-9- روش کاهش سرعت جریان 34
2-2-2-10- روش تبادل گرما 35
2-2-2-11- روش تغییر و انحلال مایع 36
2-2-2-12- روش قطب سنجی 37
2-3-مطالعه گزارش های علمی در خصوص تعیین تنش برشی در مجاری روباز
2-3-1-مطالعات انیشتین 38
2-3-2-مطالعات لین 39
2-3-3-مطالعات پرستون 40
2-3-4-مطالعات ونونی و بروکس 41
2-3-5-مطالعات آیپن و درنکر 41
2-3-6-مطالعات پاتل 42
2-3-7-مطالعات رسته مهندسین ارتش آمریکا 44
2-3-8-مطالعات ویلیامز 45
2-3-9-مطالعات کارتا و لدسر 45
2-3-10-مطالعات برترالد 46
2-3-11-مطالعات نایت و همکاران 46
2-3-12-مطالعات نایت و پاتل 47
2-3-13-مطالعات کساب 48
2-3-14-مطالعات ردز و نایت 49
2-3-15-مطالعات بچرت 50
2-3-16-مطالعات زاگارولا و اسمیت 50
2-3-17-مطالعات وو و راجاراتنام 50
2-3-18-مطالعات ردز و نیو 51
2-3-19-مطالعات پراسد و منسن 51
2-3-20-مطالعات برلامنت و همکاران 52
2-3-21-کریشنپن و انگل 52
2-3-22-مطالعات بایرون و همکاران 53
2-3-23-مطالعات یانگ و لیم 54
2-3-24-مطالعات جئو و جولین 56
2-3-25-مطالعات لیم و یانگ 57
2-3-26-مطالعات چنگ و چو 59
2-3-27-مطالعات پاپ و همکاران 60
2-3-28-مطالعات تامسون و همکاران 61
2-3-29 مطالعات لشکرآرا و همکاران 61
2-3-30 مطالعات جاعل و همکاران 62
2-4-مطالعه گزارش های علمی در خصوص تعیین تنش برشی در مجاری مرکب 62
2-4-1- مطالعات نایت و حامد 64
2-4-2- مطالعات الخطیب و همکاران 65
2-4-3- مطالعات پاترا و کار 66
2-4-4- مطالعات هلمیو 67
2-4-5- مطالعات افضلی مهر و همکاران 67
2-4-6- مطالعات خاتوا و پاترا 67
2-4-7- مطالعات رامشواران و همکاران 69
2-4-8- مطالعات یو و تان 70
2-4-9- مطالعات مک ویلیامز و همکاران 70
2-4-10- مطالعات پلیتر و همکاران 70
2-4-11- مطالعات کاکورای و همکاران 71
2-4-12- مطالعات بیلگیل 71
2-4-13- مطالعات ورماس و همکاران 72
2-4-14- مطالعات موهانتی و همکاران 73
فصل سوم: مواد و روشها
3-1- مقدمه 75
3-2- مدل فیزیکی مورد نیاز و انجام آزمایشات 75
3-2-1- فلوم آزمایشگاهی و سیستم ورود و خروج جریان 75
3-2-1-1- ساخت و نصب فلوم لبه چاقویی 78
3-3- تجهیزات اندازهگیری 83
3-3-1-اندازه گیری سرعت جریان 83
3-3- 2- اندازه گیری تنش برشی 83
3-3-2-1 لوله پرستون 83
3-3-2-2- فلوم لبه چاقویی 85
3-3-3-وسایل اندازه گیری فشار 85
3-3-3-1-اندازه گیری فشار دینامیک 85
3-3-3-2-اندازهگیری فشار استاتیک 87
3-3-4 اندازهگیری دبی، تراز سطح آب و دمای آب 88
3-3-4-1 اندازهگیری دبی 88
3-3-4-2 اندازهگیری تراز سطح آب 88
3-3-4-3 اندازهگیری دمای آب 89
3-3-5 اندازهگیری نیرو 89
3-3-5-1 اندازهگیری بار دینامیک 89
3-4 واکاوی ابعادی 91
3-4-1 واکاوی ابعادی تنش برشی جداره و کف در مجاری مستطیلی مرکب 92
3-5 ایجاد زبری به مقصود مطالعه چگونگی توزیع تنش برشی مرزی 95
3-5-1 تبیین در خصوص بهره گیری از سنباده در آزمایشات 97
3-6 تشریح کلی هر سری از آزمایشات 98
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1- مقدمه 102
4-2 تنش برشی مرزی در بستر صاف 105
4-2-1-اندازه گیری تنش برشی مرزی در بستر صاف به روش انرژی 105
4-2-1-1 صحت سنجی نتایج 108
4-2-1-2- مقایسه توزیع تنش مرزی پژوهش حاضر با محققین قبلی 118
4-2-1-3 مقایسه نتایج حاصل از روش انرژی و مومنتوم برای بستر صاف 120
4-3 تنش برشی در بستر زبر 122
4-3-1 اندازه گیری تنش برشی در بستر با زبری 1 میلیمتر 123
4-3-2 مقایسه نتایج حاصل از روش انرژی و مومنتوم برای بستر با زبری 1 میلیمتر 125
4-3-3 مقایسه نتایج حاصل از تنش برشی در بستر صاف و زبری بستر 1 میلیمتر به روش انرژی 130
4-3-4 مقایسه نتایج حاصل از تنش برشی در بستر صاف و زبری بستر 1 میلیمتر به روش ومنتوم133
4-4 اندازه گیری تنش برشی در بستر با زبری های 55/3 و 15/7 میلیمتر 135
4-5 مقایسه نتایج حاصل از محاسبه تنش برشی در بسترهای مختلف به روش انرژی 136
4-6 مقایسه نتایج حاصل از محاسبه تنش برشی در بسترهای مختلف به روش مومنتوم 138
4-7 بحث و نتیجه گیری 140
4-8- نوآوری 146
فصل پنجم: پیشنهادات
5-1 مقدمه 149
5-2 پیشنهادات 150
منابع 153
ضمیمه 1: جداول مقادیر پارامترهای مختلف هر یک از بسترها در هر یک از کلاسهای آزمایشی
ضمیمه 2: نمودارهای مربوط به بستر با زبری های 55/3 و 15/7 میلیمتر
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و تئوری
شکل(1-1) پروفیل سرعت در جریان آشفته و منحنی تنش 3
شکل (1-2) نیروهای موثر بر منشور سیال 5
شکل (1-3) تبدیل لایه مرزی آرام به متلاطم 9
شکل (1-4) نواحی موجود در جریان از دید تأثیر دیوار و بستر بر ساختار جریان(انیشتین،1942) 10
شکل (1-5) طبقه بندی علمی ناحیه های جریان 12
شکل (1-6) طبقه بندی مهندسی برای نواحی جریان 13
شکل (1-7) توزیع تنش برشی در مقطع کانال(لین، 1953) 14
شکل(1-8) حداکثر نیروی کشش ایجاد شده روی بدنه و بستر کانال 15
شکل(1-9) نسبت حداکثر تنش برشی ایجاد شده به در کف و بدنه کانال برای حالت خاص 15
شکل (1-10) چگونگی اثر جریانهای ثانویه بر توزیع تنش برشی جداره و کف در یک مجرای روباز
مستقیم 16
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته
شکل(2-1) انواع نیروهای وارد بر المان شناور 24
شکل(2-2) ساختار المان شناور سطحی بهره گیری شده توسط براون و چوبرت(1969) برای اندازه گیری
تنش برشی 26
شکل(2-3) وسیله مورد بهره گیری توسط فری و تامن 27
شکل(2-4) لوله استنتون 33
شکل (2-5) ساختار حصار زیر لایه 33
شکل (2-6) نواحی چند گانه تقسیم شعاع هیدرولیکی به روش انیشتین 38
شکل(2-7) حداکثر نیروی مالشی در کف و دیواره پیشنهاد شده توسط لین 40
شکل(2-8) توزیع تنش برشی در آبراهه منحنی ذوزنقه ای 42
شکل (2-9)منحنی کالیبراسیون ارائه شده توسط پاتل 44
شکل(2-10) حداکثر تنش برشی بستر در انحنای آبراهه 45
شکل(2-11) منحنی کالیبراسیون ارائه شده توسط کساب جهت تعیین سرعت برشی در روش
لوله پرستون 49
شکل(2-12) توزیع تنش برشی به عنوان تابعی از سرعت زاویه‌ای فلوم 53
شکل(2-13) نمادهای مورد بهره گیری در معادله یانگ و لیم 56
شکل (2-14) لوله های دایره ای با بستر صاف 59
شکل(2-15) ساختار آنولار فلوم 60
شکل (2-16) گردابه های بزرگ ایجاد شده در ناحیه انتقالی در کانال مرکب مستطیلی 63
شکل (2-17) ساختار منسجم گردابههای بزرگ در لایه اختلاط با بهره گیری از تزریق رنگ در کانالهای
مرکب 64
شکل (2-18) نتایج تحقیقات نایت و دمیتریوس بر روی کانال مرکب مستطیلی 68
شکل(2-19) مقایسه نتایج خاتوا و پاترا با نتایج پاترا و کار 69
فصل سوم: مواد و روشها
شکل (3-1) نمای شماتیک و پلان فلوم آزمایشگاهی 76
شکل(3-2) نمای جانبی از فلوم به همراه تجهیزات ورودی و خروجی جریان 78
شکل(3-3) نمایی از بخش متحرک فلوم (بخش لبه چاقویی) 79
شکل(3-4) نمایی از حسگر بار دینامیک 79
شکل (3-5) نمای شماتیک مقطع حالت اول 80
شکل (3-6) نمای شماتیک مقطع حالت دوم 81
شکل (3-7) نمای شماتیک مقطع حالت سوم 81
شکل (3-8) انجام آزمایشات در بستر زبر 82
شکل(3-9) نمای شماتیک لوله پرستون 84
شکل(3-10) چگونگی قرارگیری لوله پرستون در کانال 84
شکل(3-11) سیستم مبدل اندازهگیری نوسانات فشار 86
شکل(3-12) سیستم فشارسنج تفاضلی 87
شکل (3-13) ارتفاع سنج سوزنی دیجیتال 89
شکل (3-14) نمایی از حسگر بار دینامیک و نشانگر الکتریکی متصل به آن 91
شکل (3-15) نمای شماتیک مقطع مرکب 95
شکل (3-16) رسوبات چسبانده شده بر روی فلوم 97
شکل (3-17) نمونه مصالح آماده شده جهت انجام آزمایشات 98
فصل چهارم: نتایج و بحث
شکل (4-1) تقسیم بندی کانال مرکب مستطیلی به اجزاء تشکیل دهنده آن 104
شکل (4-2) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کف دشت سیلابی در بستر صاف 109
شکل (4-3) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کف دشت سیلابی در بستر صاف 109
شکل (4-4) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کانال اصلی در بستر صاف 110
شکل (4-5) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کانال اصلی در بستر صاف 110
شکل (4-6) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای دیواره دشت سیلابی در بستر صاف 111
شکل (4-7) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای دیواره دشت سیلابی در بستر صاف 111
شکل (4-8) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای دیواره کانال اصلی در بستر صاف 112
شکل (4-9) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای دیواره کانال اصلی در بستر صاف 112
شکل (4-10) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کل بخش سیلابی در بستر صاف 113
شکل (4-11) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کل بخش سیلابی در بستر صاف 113
شکل (4-12) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کل کانال اصلی در بستر صاف 114
شکل (4-13) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کل کانال اصلی در بستر صاف 114
شکل (4-14) تغییرات درصد تنش برشی بخش میانی مجازی در برابر نسبت شکل در بستر صاف115
شکل (4-15) تغییرات درصد تنش برشی بخش میانی مجازی در برابر نسبت عمق در بستر صاف 115
شکل (4-16) تغییرات نسبت تنش در کف دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف 116
شکل (4-17) تغییرات نسبت تنش در دیواره دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف 117
شکل (4-18) تغییرات نسبت تنش در دیواره کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف 117
شکل (4-19) تغییرات نسبت تنش در کف کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر صاف 118
شکل (4-20) مقایسه نتایج پژوهش حاضر با نتایج نایت و دمیتریوس 119
شکل (4-21) مقایسه نتایج پژوهش حاضر با نتایج خاتوا و پاترا 119
شکل(4-22) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 1 در بستر صاف 120
شکل(4-23) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 2 در بستر صاف 121
شکل(4-24) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 3 در بستر صاف 121
شکل (4-25) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کف دشت سیلابی در بستر با زبری 1 میلیمتر 124
شکل (4-26) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کف دشت سیلابی در بستر با زبری 1 میلیمتر 124
شکل (4-27) تغییرات تنش برشی در برابر عمق نسبی برای کانال اصلی در بستر با زبری 1 میلیمتر 125
شکل (4-28) تغییرات تنش برشی در برابر نسبت شکل برای کانال اصلی در بستر با زبری 1 میلیمتر 125
شکل(4-29) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 1 در بستر با زبری 1 میلیمتر 126
شکل(4-30) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 2 در بستر با زبری 1 میلیمتر 126
شکل(4-31) مقایسه روش مومنتم با روش پرستون برای کلاس 3 در بستر با زبری 1 میلیمتر 127
شکل (4-32) تغییرات نسبت تنش در کف دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1
میلیمتر 128
شکل (4-33) تغییرات نسبت تنش در دیواره دشت سیلابی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1
میلیمتر 128
شکل (4-34) تغییرات نسبت تنش در کف کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با
زبری 1 میلیمتر 129
شکل (4-35) تغییرات نسبت تنش در دیواره کانال اصلی به تنش کل در برابر نسبت شکل در بستر با زبری 1 میلیمتر 129
شکل (4-36) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 1 در برابر عمق 130
شکل (4-37) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 2 در برابر عمق 130
شکل (4-38) مقایسه تنش برشی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در کلاس 3 در برابر عمق 131
شکل (4-39) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل
در کلاس 1 132
شکل (4-40) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل
در کلاس 2 132
شکل (4-41) مقایسه تنش برشی به روش انرژی در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در
کلاس 3 133
شکل (4-42) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در
کلاس 1 134
شکل (4-43) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در
کلاس 2 134
شکل (4-44) مقایسه تنش برشی به روش مومنتوم در بستر صاف و بستر با زبری 1 میلیمتر در برابر نسبت شکل در
کلاس 3 135
شکل (4-45) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 1 136
شکل (4-46) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 2 137
شکل (4-47) تغییرات تنش برشی بروش انرژی در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 3 137
شکل (4-48) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 1 139
شکل (4-49) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 2 139
شکل (4-50) تغییرات تنش برشی بروش مومنتوم در برابر نسبت شکل برای کلیه بسترها از نظر زبری مربوط به کلاس 3 140
فصل اول
مقدمه و تئوری
- مقدمه
اطلاعات در خصوص طبیعت توزیع جریان در یک کانال ساده و مرکب نیازمند حل متغیرهای مسائل هیدرولیک رودخانهها و مسائل مهندسی نظیر مفهوم ارتباط مقاومت جریان، مکانیسم انتقال رسوب، طراحی کانال پایدار، پوشش کانالها و … می باشد.
تعیین دقیق تنش برشی بستر و دیواره از دیدگاه تئوریک و همچنین از دیدگاه مسائل کاربردی نظیر تأثیر آن در مطالعات فرسایش و رسوبگذاری و طراحی پوششهای حفاظتی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. کانالهای مرکب شامل یک کانال اصلی عمیق و یک یا دو دشت سیلابی در اطراف آن میباشند که بصورت نسبی عمق کمتری نسبت به کانال اصلی دارند. مطالعات هیدرولیکی بر روی این کانالها به دلیل تاثیر متقابل دشتهای سیلابی و کانال اصلی بمراتب پیچیده تر از کانالهای معمولی می باشد.
زمانیکه عمق جریان در یک کانال طبیعی از عمق مجاز کانال تجاوز میکند، دشتهای سیلابی را که در مجاورت آن قرار دارند پوشانیده و بخشی از جریان در دشتهای سیلابی حمل میگردد. بدلیل تفاوت شرایط هیدرولیکی بین دو مقطع (کانال اصلی و دشتهای سیلابی)، سرعت متوسط در کانال اصلی با دشتهای سیلابی متفاوت می گردد (سرعت متوسط در کانال اصلی بسیار بیشتر از سرعت در دشت سیلابی می باشد). پس جریان در کانال اصلی با شتاب بیشتری بر روی دشتهای سیلابی اعمال میگردد. این فرایند باعث انتقال مومنتوم بین جریان در کانال اصلی و دشتهای سیلابی اطراف میگردد. تاثیر متقابل فرایند مذکور وقتی که جریان برروی دشت سیلابی خیلی کم می باشد، نمود بیشتری داشته و رفته رفته با افزایش عمق آب برروی دشت سیلابی، از اندازه آن کاسته میگردد. عدم استنباط صحیح از این فرایند، باعث میگردد که در طراحی کانالهای پایدار اندازه دبی واقعی بسیار بیشتر یا بسیار کمتر برآورد گردد.
بر طبق مطالعات دفتر مهندسی عمران آمریکا[1]، هنگامیکه آب در کانال جریان مییابد، نیرویی در جهت حرکت آب بر سطح بستر کانال اثر میکند. این نیرو بطور ساده نیروی کشش آب بر روی محیط مرطوب می باشد و نیروی مالشی[2] نام دارد. بر اساس تقسیمبندیهای کلی، تنش برشی به دو دسته آرام و آشفته تقسیم بندی میگردد. تنش برشی دیواره (تنش برشی در نزدیکی دیوار یا زیر لایه ورقهای) از اهمیت بسیار زیادی برخوردار می باشد. در بیرون از لایه آرام، تنش برشی آشفته حکمفرماست. یک لایه بینابینی هم هست که هردوی تنشهای آرام و آشفته در آن رخ میدهد. در بعضی از متون تصریح گردیده که اندازه تنش برشی آشفته تا دهها هزار برابر تنش برشی آرام می باشد. شکل (1-1) چگونگی توزیع پروفیل سرعت و توزیع تنش برشی آرام و آشفته را نشان می دهد.
شکل(1-1): پروفیل سرعت در جریان آشفته و منحنی تنش
یکی از مهمترین تفاوتهای ماهیت جریان در شرایط آزاد و تحت فشار در عوامل ایجاد جریان این دو شرایط می باشد. در مجاری تحت فشار، عامل اصلی جریان اختلاف فشار بین دو مقطع از جریان می باشد در حالیکه در مجاری روباز عامل اصلی جریان، نیروی ثقل میباشد. در مجاری تحت فشار اکثراً بدلیل آنکه نوع مقطع به هندسه دایروی نزدیک می باشد، تنش برشی در تمام مقطع تقریباً برابر می باشد در حالیکه در مجاری روباز بدلیل آنکه عموماً نوع مقطع از جنس مستطیلی یا ذوزنقهای می باشد و با در نظر داشتن آنکه سطح جریان با اتمسفر آزاد در تماس می باشد، عملاً در سطح جریان هیچ نوع تنش برشی وجود ندارد در حالیکه در جدارهها و کف اندازه تنش برشی بصورت معناداری وجود داشته و دارای توزیعی غیر یکنواخت می باشد.
متوسط تنشهای برشی کف و جدارههای کانالهای روباز ( اعم از ساده و مرکب) را میتوان با حل معادلات پیوستگی و مومنتم تعیین نمود. از طرفی مطالعات جریان در کانالهای روباز نشان داده می باشد که تفکیک تنش برشی بستر از تنشهای برشی جداره از جایگاه مهمی برخوردار می باشد. بطور مثال بمنظور تخمین اندازه بار بستر میبایستی تنش برشی بستر را از تنش برشی کل تفکیک نمود. بطور مشابه برای تخمین اندازه فرسایش دیوارههای ساحلی و سیلبندها بایستی از اندازه تنش برشی جداره آگاهی داشت.
- معادلات پایه
جریان یکنواخت به جریانی گفته میگردد که در آن سرعت جریان در تمام مقطع یکسان میباشد. بدین مقصود بایستی در تمام طول مقطع، شکل و عمق جریان یکسان باشد. در چنین حالتی سطح آزاد سیال با کف موازی خواهد گردید. برای بدست آوردن ارتباط اصلی حرکت سیال در مجاری روباز، قسمتی از سیال را که به شکل منشوری بین دو مقطع AD و BC محدود می باشد، بعنوان حجم مشخصه سیال در نظر گرفته میگردد.
شکل (1-2): نیروهای موثر بر منشور سیال
نیروهایی که بر این حجم کنترل موثرند بشرح زیر میباشند:
الف: نیروهای فشاری و که بر طرفین حجم کنترل اثر میکنند.
ب: نیروی وزن که مولفه آن در جهت حرکت برابر می باشد با:
ج: نیروهای فشاری که بر کف و دیوارههای این حجم سیال موثرند و عمود بر جهت حرکت بوده و در این راستا مولفهای ندارند.
د: نیروی مقاومت ناشی از لزجت سیال که بر کف و دیوارههای این حجم وارد میگردد که مقدار آن معادل: می باشد که P: محیط خیس شده، L: فاصله بین دو مقطع و : تنش برشی ناشی از لزجت میباشد.
با بهره گیری از اصل بقای مومنتوم داریم:
(1-1)
(1-2)
که برای جریان یکنواخت ماندگار ترم دوم از معادلات فوق حذف گردیده و ارتباط مومنتوم را میتوان بصورت زیر اختصار نمود:
(1-3)
انتگرال سمت راست را برای حجم مشخصه نشان داده شده بصورت زیر میتوان نوشت:
(1-4)
بمنظور سادگی معمولاً انتگرال فوق را با بهره گیری از ارتباط بوزینسک در کانالها بصورت زیر می نویسند:
(1-5)
از طرفی بر طبق تعریف جریان یکنواخت داریم:
پس مجموع نیروهای موثر وارد بر حجم کنترل برابر صفر می گردد و یا بعبارتی:
(1-6)
با در نظر داشتن برابری فشار در مقاطع 1 و 2، پس نیروهای فشاری آن دو مقطع مساوی می باشد؛ یعنی:
با در نظر داشتن شیب عمومی کم مجرا، میتوان سینوس آن را برابر تانژانت آن و نهایتاً مساوی با شیب بستر در نظر گرفت؛ یعنی:
(1-7)
مقاومت اصطکاکی را نیز با در نظر داشتن ارتباط میتوان به شکل زیر نوشت:
(1-8)
با تلفیق روابط فوق خواهیم داشت:
(1-9)
در جریانهای یکنواخت این نیرو همواره با مولفه موثر نیروی ثقل که در جهت حرکت سیال می باشد، برابر میباشد. مقدار این نیرو را در واحد سطح مرطوب به نام واحد نیروی مالشی[3] مینامند و ارتباط آن بصورت زیر می باشد:
(1-10)
[1]. U. S. Bureau of Reclamation
[3]. Unit Tractive Force
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)
اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود می باشد
تعداد صفحه :216
قیمت : 14700 تومان
