12156

12156

مطالعه عوامل موثر بر تشكيل گرداب در مخزن و استهلاك آن در طول تونل هاي نيروگاهي

دكتري

عمران - خاك و پي

آبان 1392

آبان 1392

دكتر ابراهيم جباري

دكتر اميررضا زراتي

چكيده پژوهش حاضر، با تكيه بر سه روش تحليلي، عددي و تجربي و با محوريت كار آزمايشگاهي، پديده گرداب در مخازن سدها را بررسي و تحليل نموده است. در بخش آزمايشگاهي، ابتدا تشكيل گرداب در مخزن و ميدان جريان سه بعدي در حضور انواع گرداب ها تحليل شده است. براي انجام آزمايش ها از دستگاه سرعت سنج ديناميكي، ADV و همچنين براي ارائه و تفسير بهتر نتايج از روش هموارسازي اسپيلاين استفاده شده است. نتايج اين بخش، ابعاد شيپوره جريان ورودي به آبگير را در عمق هاي استغراق و اعداد فرود آبگير مختلف بررسي، مقايسه و تفسير مي كند. سپس تاثير شرايط هندسي مخزن بر عمق استغراق بحراني آبگير در شرايط مختلف هيدروليكي بررسي و معادله اي براي عمق بحراني با توجه به هندسه مخزن ارائه شده است. در ادامه، افت انرژي در دهانه آبگير در حضور انواع گرداب ها و شيب هاي مختلف بالادست آبگير با استفاده از دستگاه فشارسنج ديناميكي محاسبه شده است. با تحليل نتايج نشان داده شد كه نزديك شدن ديواره پيشاني ابگير به حالت عمودي موجب افزايش افت ورودي و كاهش ضريب تخليه آبگيرمي شود. همچنين، ميزان تاثير سازه آشغالگير و صفحه ضدگرداب بر قدرت و نوع گرداب هاي شكل گرفته كمي و در نهايت با هم مقايسه شد. نتايج نشان داد، حضور يك سازه آشغالگير با بازشدگي مشابه يك صفحه ضدگرداب مشبك، مي تواند اثري مشابه در كاهش قدرت گرداب شكل گرفته در دهانه آبگير داشته باشد. ميزان هواي ورودي به آبگير براي انواع گرداب هاي با هسته هوا با استفاده از روش پردازش تصوير به انجام رسيد. نتايج نشان داد كه در قوي ترين گرداب شكل گرفته تنها حدود 6% هوا وارد تونل مي شود و رابطه اي براي دبي هواي ورودي با توجه به عمق استغراق و عدد فرود آبگير ارائه شد. تاثير جريان چرخشي روي افت انرژي در طول تونل، نوسانات فشار در طول تونل و نيز يك خم قائمه در مسير جريان نيز در پژوهش حاضر بدست آمده است. نتايج نشان داد كه طول استهلاك گرداب در طول تونل متاثر از قدرت آن مي باشد. مدلسازي عددي جريان در مخزن بصورت سه بعدي در حضور گرداب نيز به موازات مدل فيزيكي انجام شده و نتايج با مدل آزمايشگاهي بصورت ميدان هاي جريان مقايسه شده است. اين مدلسازي عددي در تحليل و بررسي هيدروديناميك جريان در مخزن نيز بسيار راهگشا بوده و با تطبيق اين نتايج با نتايج آزمايشگاهي، تئوري جريان حلزوني و نحوه تشكيل آن در دهانه آبگيرها تدقيق شده است. در انتها با ارائه يك مدل تحليلي، معادلات ناوير استوكس در حالت سه بعدي براي جريان گردابي حل شد. واژه‌هاي كليدي: گرداب، مخزن سد، تونل نيروگاه، مدل فيزيكي-عددي-تحليلي، عمق بحراني.