اطلاعات در خصوص طبیعت توزیع جریان در یک کانال ساده و مرکب نیازمند حل متغیرهای مسائل هیدرولیک رودخانه­ها و مسائل مهندسی نظیر مفهوم رابطه 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 نقش آن در مطالعات فرسایش و رسوبگذاری و طراحی پوشش ­های حفاظتی از اهمیت خاصی برخوردار است. 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 است.
زمانیکه عمق جریان در یک کانال طبیعی از عمق مجاز کانال تجاوز می­ کند، 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 است). بنابراین 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 است، نمود بیشتری داشته و رفته رفته با افزایش عمق آب برروی دشت سیلابی، از میزان آن کاسته می­ شود. عدم استنباط صحیح از این فرایند، باعث می­ شود که در طراحی کانالهای پایدار میزان دبی واقعی بسیار بیشتر یا بسیار کمتر برآورد گردد.
بر طبق مطالعات دفتر مهندسی عمران آمریکا، هنگامیکه آب در کانال جریان می­یابد، نیرویی در جهت حرکت آب بر سطح بستر کانال اثر می­ کند. این نیرو بطور ساده نیروی کشش آب بر روی محیط مرطوب است و نیروی مالشی نام دارد. بر اساس تقسیم ­بندی­های 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 است. در بیرون از لایه آرام، تنش برشی آشفته حکمفرماست. یک لایه بینابینی هم وجود دارد که هردوی تنشهای آرام و آشفته در آن رخ می­دهد. در برخی از متون اشاره گردیده که میزان تنش برشی آشفته تا دهها هزار برابر تنش برشی آرام است. شکل (1-1) چگونگی توزیع پروفیل سرعت و توزیع تنش برشی آرام و آشفته را نشان می دهد.
 
شكل(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 است. در مجاری تحت فشار، عامل اصلی جریان اختلاف فشار بین دو مقطع از جریان است در حالیکه در مجاری روباز عامل اصلی جریان، نیروی ثقل می­باشد. در مجاری تحت فشار عمدتاً بدلیل آنکه نوع مقطع به هندسه دایروی نزدیک است، تنش برشی در تمام مقطع تقریباً برابر است در حالیکه در مجاری روباز بدلیل آنکه عموماً نوع مقطع از جنس مستطیلی یا ذوزنقه­ای است و با توجه به آنکه سطح جریان با اتمسفر آزاد در تماس است، عملاً در سطح جریان هیچ نوع تنش برشی وجود ندارد در حالیکه در جداره­ها و کف میزان تنش برشی بصورت معناداری وجود داشته و دارای توزیعی غیر یکنواخت است.
متوسط تنش­های برشی كف و جداره­های كانالهای روباز ( اعم از ساده و مرکب) را می­توان با حل معادلات پیوستگی و مومنتم تعیین نمود. از طرفی مطالعات جریان در كانالهای روباز نشان داده است كه تفكیک تنش برشی بستر از تنش­های برشی جداره از جایگاه مهمی برخوردار است. بطور مثال به منظور تخمین میزان بار بستر می­باید تنش برشی بستر را از تنش برشی كل تفكیک نمود. بطور مشابه برای تخمین میزان فرسایش دیواره­ های ساحلی و سیل­بندها بایستی از میزان تنش برشی جداره آگاهی داشت.
 

• معادلات پایه

جریان یکنواخت به جریانی گفته می­ شود که در آن سرعت جریان در تمام مقطع یکسان می­باشد. بدین منظور باید در تمام طول مقطع، شکل و عمق جریان یکسان باشد. در چنین حالتی سطح آزاد سیال با کف موازی خواهد شد. برای بدست آوردن رابطه اصلی حرکت سیال در مجاری روباز، قسمتی از سیال را که به شکل منشوری بین دو مقطع AD و BC محدود است، بعنوان حجم مشخصه سیال در نظر گرفته می­شود.
 
 
 
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 می­ کنند.
ب: نیروی وزن که مولفه آن در جهت حرکت برابر است با:
ج: نیروهای فشاری که بر کف و دیواره­ های 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 دیواره­ های این حجم وارد می­ شود 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 گرفتن از اصل بقای مومنتوم داریم:
(1-1)
(1-2)
که برای جریان یکنواخت ماندگار ترم دوم از معادلات فوق حذف گردیده و رابطه مومنتوم را می­توان بصورت زیر خلاصه نمود:
(1-3)
انتگرال سمت راست را برای حجم مشخصه نشان داده شده بصورت زیر می­توان نوشت:
 
(1-4)
 
به منظور سادگی معمولاً انتگرال فوق را با بهره گرفتن از رابطه بوزینسک در کانالها بصورت زیر می نویسند:
 
 
(1-5)
 
از طرفی بر طبق تعریف جریان یکنواخت داریم:
 
 
بنابراین مجموع نیروهای موثر وارد بر حجم کنترل برابر صفر می گردد و یا بعبارتی:
(1-6)
 
با توجه به برابری فشار در مقاطع 1 و 2، لذا نیروهای فشاری آن دو مقطع مساوی است؛ یعنی:
 
با توجه به 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 توجه به رابطه 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 است، برابر می‌باشد. مقدار این نیرو را در واحد سطح مرطوب به نام واحد نیروی مالشی می­نامند و رابطه آن بصورت زیر است:
(1-10)
. U. S. Bureau of Reclamation

2. Tractive Force

. Unit Tractive Force
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است