تحلیل آبگذری و بازشدگی دریچه‌های قطاعی تحت شرایط جریان آزاد و مستغرق

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی کشاورزی و فنآوری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

3 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی کشاورزی و فنآوری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

بخش عمدۀ تحقیقات پیشین مرتبط با دریچه ­های قطاعی، بر ارائه روش­هایی برای تخمین دبی عبوری از این سازه­ها متمرکز است و تعیین بازشدگی دریچه ­ها به‌عنوان سازه­ های تنظیم به‌منظور عبور دبی خاص، کمتر مورد توجه قرار گرفته است. مطالعۀ حاضر،معادلاتی نظری برای تعیین صریح دبی عبوری از دریچه­های قطاعی (مسئله نوع اول) و نیز بازشدگی دریچه (مسئله نوع دوم) با مشخص بودن سایر پارامترها در هر مسئله و به تفکیک شرایط جریان آزاد و مستغرق بر پایۀ ترکیب معادلات انرژی و مومنتم ارائه می­کند. در هر مسئله، معیارهایی برای تشخیص شرایط جریان معرفی شده است. به ­منظور واسنجی و صحت­سنجی معادلات نظری پیشنهادی، از 2657 سری داده آزمایشگاهی روی سه نوع مختلف دریچۀ قطاعی استفاده شد. نتایج تحقیقات نشان می­دهد که میانگین قدر مطلق خطای نسبی در تعیین دبی و بازشدگی دریچه­های قطاعی از روش پیشنهادی به ­ترتیب 94/1 و 67/2 درصد است. همچنین، رویکرد پیشنهادی در تشخیص شرایط جریان، به­ طور متوسط در 6/99 و 8/98 درصد از موارد به­ترتیب در تعیین دبی و بازشدگی، صحیح عمل شده است. نتایج بررسی‌ها همچنین نشان می­دهد که با افزایش زاویۀ انحراف دریچۀ قطاعی و نیز افزایش نسبت محور به شعاع دریچه تمایل به استغراق، افزایش می­یابد. همچنین دریچه لاستیکی سخت نیز نسبت به دو نوع دیگر در محدوده بیشتری به‌صورت آزاد عمل می­ کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of the Discharge and Opening of the Radial Gates under Free and Submerged Flow Condition

نویسندگان [English]

  • Hossein Khalili Shayan 1
  • Javad Farhoudi 2
  • Alireza Vatankhah 3
1 PhD. Candidate in Water Structures, Irrigation and Reclamation Department, University of Tehran, Alborz, Iran
2 Professor, Irrigation and Reclamation Department, University of Tehran, Alborz, Iran
3 Associate Professor, Irrigation and Reclamation Department, University of Tehran, Alborz, Iran
چکیده [English]

Most of the previous studies related to radial gates are focused on the estimation of discharge from the gates as a flow measurement structure. However, determination of the gate opening for passing a certain value of the discharge is rarely considered in previous studies as a regulator structure. The present work presents some theoretical equations for explicit estimation of the outflow from the gate (first problem), and gate opening (second problem) for free and submerged flow conditions by combination of Energy and Momentum principles. For any problems, it was developed some criteria to identify flow conditions These equations were calibrated and validated by means of 2657 experimental records retrieved from research conducted on three types of radial gates. The paper would present an analytical approach to illustrate the reliability of proposed equations for estimation of discharge and the opening of the gate by taking benefits from the mean absolute relative errors which observed to be 1.94% and 2.67, respectively. It was noted that the used criteria conform with 99.6% and 98.8% of all observations at first and second problems, respectively. The results show that the tailwater depth under distinguishing limiting decreases by increasing in the gate lip angle and the ratio of turnnion pin height to the gate arm radius. Also, the hard rubber bar gate tends to operate under free flow condition in a wider range in comparison with two other gates.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Measurement
  • Energy-Momentum
  • Flow regulation
  • Discharge
 

Bijankhan, M., Kouchakzadeh, S. and Bayat, E. 2011. Distinguishing condition curve for radial gates. FlowMeas. Instrum. 22(5): 500-506.

 

Bijankhan, M., Ferro, V. and Kouchakzadeh, S. 2013. New stage-discharge relationships for radial gates. ASCE J. Irrig. Drain. Eng.139(5): 378-387.

 

Buyalski, C. P. 1983. Discharge algorithms for canal radial gates. Research Report REC-ERC-83-9. United States Bureau of Reclamation. Denver. USA.

 

Clemmens, A. J., Strelkoff, T. S. and Replogle, J. A. 2003. Calibration of submerged radial gates. ASCE J. Hydraul. Eng. 129(9): 680-687.

 

Metzler, D. E. 1948. A model study of tainter gate operation. M. Sc. Thesis. Iowa State University. Iowa City, IA, USA.

 

Shahrokhnia, M. A. and Javan, M. 2006. Dimensionless stage–discharge relationship in radial gates. ASCE J. Irrig. Drain. Eng. 132(2):180-184.

 

Toch, A. 1955. Discharge characteristics of Tainter gates. T. Am. Soc. Civil Eng. 120, 290-300.

 

Wahl, T. L. 2005. Refined energy correction for calibration of submerged radial gates. ASCE J. Irrig. Drain. Eng. 131(6): 457-466.

 

Wu, S. and Rajaratnam, N. 2015. Solutions to rectangular sluice gate flow problems. J. Irrig. Drain. Eng. 141(12): 06015003 (1-7).

 

Zahedani, M. R., Keshavarzi. A., Javan. M. and Shahrokhnia, M. A. 2012. New equation for estimation of radial gate discharge. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Water Manage. 165(5): 253-263.