رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
نشریه علمی

بررسی آزمایشگاهی تأثیر تغییر زاویه جت متقاطع همراه با جت متقابل در کنترل پرش هیدرولیکی نامتقارن S و T

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مصطفی رهنمایی 1
جواد احدیان 2
محمود شفاعی بجستان 1
محسن سجادی 1

1 گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 هیئت علمی گروه سازه های آبی دانشکده مهندسی آب و محیط زیست دانشگاه شهید چمران اهواز

10.22034/nawee.2025.498882.1130
چکیده
هدف: استفاده از سیستم تزریق آب از طریق جت­های متقابل و متقاطع در مقابل جریان آب عبوری از سرریز اوجی پس از مقطع واگرای ناگهانی باعث کاهش نوسانات فشار و تلاطم در طول کانال شده و جریان را یکنواخت کرده و در نتیجه پرش نامتقارن را کنترل می­نماید.
مواد و روش ها: در این تحقیق پارامترهای جریان هیدرودینامیک در کانال با استفاده از ترکیب جت متقاطع با زوایای30، 45 و 90 درجه در دو ارتفاع 35 و 45 سانتیمتری از کف کانال و استفاده همزمان از جت متقابل با 5 جت به­صورت ثابت و با دبی 4 لیتر بر ثانیه به­صورت مجموع، با 3 عدد فرود 4/7، 7/8 و 5/9 بررسی شده است.
نتایج و بحث: زمان تزریق جت، پارامتر βL (پارامتری شبیه به ضریب بوسینسک در معادله مومنتوم) در پرش S تلاطم و پراکندگی کمتری نسبت به پرش T داشته و نشان می­دهد که استفاده از سیستم تزریق جت متقاطع می­تواند به­عنوان یک اتلاف­کننده جریان باعث یکنواختی جریان گردد. همچنین باعث می­گردد مومنتم جریان (βL.vm2) در مقطع واگرای ناگهانی در ابتدای کانال کاهش بسیار زیادی به سمت انتهای کانال داشته باشد.
نتیجه­گیری: استفاده از سیستم جت متقاطع و جت متقابل با استفاده از زوایای مختلف می­تواند به­طور قابل ملاحظه­ای باعث کاهش تلاطم و فرسایش کانال شده و باعث کنترل پرش هیدرولیکی نامتقارن گردد و توزیع سرعت جریان را در طول کانال یکنواخت نماید.

کلیدواژه‌ها

جت‌های متقابل و متقاطع
پرش‌های S و T
مستهلک کننده انرژی
واگرایی ناگهانی

عنوان مقاله English

Experimental Study on the Influence of Transverse Jet Angle Variation with a Counter Jet on the Control of Asymmetric S and T Hydraulic Jumps

نویسندگان English

Mostafa Rahnamayi 1
javad ahadiyan 2
mahmood shafai bejestan 1
mohsen sajadi 1
1 Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran. Center of Excellence of the Network Improvement and Maintenance, Ahvaz, Iran.
2 Faculty of Water Sciences Engineering ,Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده English

Objective: Using a water injection system with counter and transverse jets against the flow passing over an ogee spillway after a sudden expansion reduces pressure fluctuations and turbulence along the channel, resulting in flow uniformity and consequently controlling asymmetric jumps.
Methods: In this research, the hydrodynamic flow parameters in a channel were investigated using a combination of a transverse jet at angles of 30, 45, and 90 degrees at two heights of 35 and 45 cm from the channel bed, and the simultaneous use of a counter jet with 5 fixed jets and a total discharge of 4 liters per second, with three Froude numbers of 4.7, 7.8, and 9.5.
Results: The jet injection time, the βL parameter (a parameter similar to the Boussinesq coefficient in the momentum equation) in the S jump exhibits less turbulence and dispersion compared to the T jump, indicating that the use of a transverse jet injection system can act as a flow dissipater, leading to flow uniformity. It also causes a significant reduction in the flow momentum (βL.Vm²) at the sudden expansion section from the beginning to the end of the channel.
Conclusions: The use of a transverse and counter jet system with varying angles can significantly reduce turbulence and channel erosion, control asymmetric hydraulic jumps, and uniformize the flow velocity distribution along the channel.

کلیدواژه‌ها English

Counter &‌‌ Transverse jets
S &‌‌ T-type hydraulic jump
Energy dissipater
Sudden expansion
مرادی, م.، سجادی, س.م.، محمودیان شوشتری،م. 1348. بررسی آزمایشگاهی خصوصیات پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش با پنج جت افقی مستغرق، مجله علوم و مهندسی آبیاری, 40(1-1), pp. 201-209. doi: 10.22055/jise.2017.12967
مریمی، ا.، بیرامی، م. ک.، محمدپور، ر. 1397. تحلیل پرش هیدرولیکی در مجراهای بسته مستطیلی شیب دار با شیب مثبت با لیلی روش تحلیلی هیدرولیکی. چهارمین کنفرانس ملی مهندس عمران و معماری با تاکید بر فناوری های بومی ایران.
نیسی، ک.، شفاعی بجستان، م.، قمشی، م.، کاشفی پور، س.م. 1393. بررسی ‎مشخصات ‎‎پرش‎هیدرولیکی‎ در ‎حوضچه‎آرامش ‎واگرای ‎ناگهانی ‎با‎ بستر‎زبر. مجله علوم و مهندسی آبیاری 93-83. (2) 37.
Adeli, A., Ahadiyan, J., Ghomeshi, M., Fathi Moghadam, M. 2021. Experimental study of two-phase Air-water Flow Parameters in Hydraulic Jumps with vegetated Rough Bed, Journal of Ecohydrology, 8(3), pp. 763-775. doi: 10.22059/ije.2021.327831.1528.
Ahadian, J., Varshosaz, A. 2018. Effect of the Floating Sphere Objects Flexible Bearing Length on the Characteristic of the Hydraulic Jump, Journal of Water and Soil Conservation, 25(1), pp. 297-308. doi: 10.22069/jwsc.2018.12965.2762.
Ahadiyan, J., Hakami, M., Shafaei Bajestan, M., Sajadi, S. M. 2024. Laboratory investigation of the Effect of a Submerged Jet in a Wavy Bed with a Gradually Diverging Cross-section on the Characteristics of Asymmetric Hydraulic Jump. MCEJ 2024; 24 (1) :151-160. http://mcej.modares.ac.ir/article-16-70953-en.html.
Ahadiyan, J., Abbasi Chenari, S., Azizi Nadian, H., Katopodis, C., Valipour, M., Sajjadi, S. M., Omidvarinia, M. 2024. Sustainable systems engineering by CFD modeling of lateral intake flow with flexible gate operations to improve efficient water supply. International Journal of Sediment Research, 39(4), 629-642. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2024.05.003.
Alghwail, A.D.A. 2020. Experimental Study of Drowned Hydraulic Jump Characteristics Through Different Counterflow Dimensions. Third Conference for Engineering Sciences and Technology (CEST-2020) 01-03 December 2020, At: Alkhoms – Libya.
Alhamid, A.A. 2004. S-jump characteristics on sloping basins. Journal of Hydraulic Research. 42, 657–662. https://doi.org/10.1080/00221686.2004.9628319.
Bremen, R. 1990.Expanding stilling basin. ph.D Thesis, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland.
Chen, J.G., Zhang, J.M., Xu, W.L., Peng, Y. 2014. Characteristics of the Velocity Distribution in a Hydraulic Jump Stilling Basin with Five Parallel Offset Jets in a Twin-Layer Configuration. J. Hydraul. Eng. 140, 208–217 (2014). https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000817.
Chow VT, 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Co, New York, NY.
Ead, S.A., Rajaratnam, N. 2002. Hydraulic Jumps on Corrugated Beds. J. Hydraul. Eng. 128, 656–663 (2002). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:7(656).
Chanson, H. 1993. Stepped spillway flows and air entrainment. Canadian Journal of Civil Engineering. 20(3): 422-435. https://doi.org/10.1139/l93-057.
Ferreri, G. B., Nasello, C. 2002. Hydraulic jumps occur at a drop and abrupt enlargement in a rectangular channel. Journal of Hydraulic Research, 40(4), 491–505. https://doi.org/10.1080/00221680209499891.
France, P. W. 1981. AN INVESTIGATION OF A JET-ASSISTED HYDRAULIC JUMP. Journal of Hydraulic Research, 19(4), 325–337. https://doi.org/10.1080/00221688109499507.
Graber, S.D. 2006. Asymmetric Flow in Symmetric Supercritical Expansions. Journal of Hydraulic Engineering. 132, 207–213 (2006). https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:2(207).
Guha, A., Barron, R. M., Balachandar, R. 2010. Numerical simulation of high-speed turbulent water jets in air. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 119–124. https://doi.org/10.1080/00221680903568667.
Hager, W.H.1992. Energy Dissipators and Hydraulic Jump. Springer Science & Business Media (1992).
Haghdoost, M., Sajjadi, S., Fathi Moghadam, M., Ahadiyan, J. 2022. Experimental study of spatial hydraulic jump stabilization using lateral jet flow. Water Supply. 22, 8337–8352 (2022). https://doi.org/10.2166/ws.2022.376.
Hajialigol, S., Ahadiyan, J., Sajjadi, M., Scorzini, A., R., Di Bacco, M.; Shafai Bejestan, M., 2021. Cross-beam dissipators in abruptly expanding channels: experimental analysis of flow patterns. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 147 (11), p.06021012. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001622.
Hajialigol, S., Ahadian, J., Sajadi, S. M., Scorzini, A., Shafai Bejestan, M. 2023. Laboratory study of crossbeam structural design in control of asymmetric S-type jump of sudden expansion sections, Journal of Hydraulics, 18(1), 19-36. doi: 10.30482/jhyd.2022.333263.1595.
Hajialigol, S., Ahadiyan, J., Sajjadi, S. M., Hazi, M. A., Chadee, A. A., Nadian, H. A., Kirby, J. T. 2024. Experimental analysis of turbulence measurements in a new dissipator structure (cross beams) in abruptly expanding channels. Results in Engineering, 21, 101829. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.101829.
Herbrand, K. 1973. The Spatial Hydraulic Jump. Journal of Hydraulic Research, 11(3), 205–218. https://doi.org/10.1080/00221687309499774.
Ibrahim, M.M., Refaie, M.A., Ibraheem, A.M. 2022. Flow characteristics downstream stepped back weir with bed water jets. Ain Shams Engineering Journal. 13, 101558 (2022). https://doi.org/10.1016/j.asej.2021.08.003.
Jobson, H. 1965. The effect of submerged jets on the hydraulic jump. Master's Theses. https://scholarsmine.mst.edu/masters_theses/5687.
Khedri-Mirghaed, P., Ahadiyan, J., Varshosaz, A. 2018. Effect of Suspended Anchored Spherical Energy Dissipator Blocks on Hydraulic Jump Characteristics. MCEJ 2018; 18 (5) :61-70. http://mcej.modares.ac.ir/article-16-12907-en.html.
Kordi, E., & Abustan, I. 2012. Transitional Expanding Hydraulic Jump. Journal of Hydraulic Engineering, 138(1), 105–110. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000479.
Mahjoubi, A., Ahadiyan, J., Sajjadi, S. M., Kashefipour, S. M. 2024. Asymmetric hydraulic jump control in sudden expansion channels using a Jet system, Iranian Journal of Soil and Water Research, 55(10), pp. 1903-1920. doi: 10.22059/ijswr.2024.377718.669725.
Maryami, A., Bayrami, M. K., Mohammadpour, R. 2018. Hydraulic jump analysis in inclined rectangular closed ducts with positive slope using Lilly hydraulic analysis method.Fourth National Conference on Civil Engineering and Architecture with emphasis on indigenous technologies of Iran،Tehran،https://civilica.com/doc/837378. (in persian).
Matin, M.A., Hasan, M.M.R., Islam, M. A. 2008. Experiment on hydraulic jump in sudden expansion in a sloping rectangular channel. Journal of Civil Engineering. https://www.jce-ieb.org/doc_file/3602001.pdf.
Moradi, M., Sajadi, S. M., Mahmoodian Shoshtari, M. 1970. Experimental Investigation on Characteristics of Hydraulic Jump in Stilling Basin With Multi-Horizontal Submerged Jets, Irrigation Sciences and Engineering, 40(1-1), pp. 201-209. doi: 10.22055/jise.2017.12967. (in persian).
Mossa, M., Petrillo, A., Chanson, H. 2003. Tailwater level effects on flow conditions at an abrupt drop. Journal of Hydraulic Research, 41(1), 39–51. https://doi.org/10.1080/00221680309499927.
Neisi, K., Bejestan, M. S. 2013. Characteristics of S-jump on Roughened Bed Stilling Basin. Journal of Water Sciences Research, ISSN: 2251-7405 eISSN: 2251-7413 5(2), Summer 2013, 25-34, JWSR.
Neysi, K., Shafaeebajestan, M., Ghomeshi, M., Kashefipoor, S. 2014. Investigation of Hydraulic Jump Characteristics at Roughened Bed of Sudden Expansion Stilling Basin, Irrigation Sciences and Engineering, 37(2), pp. 83-93.
Sajjadi, S.M., Kazemi, M., Pari, S.A.A., Kashefipour, S.M. 2023. Effect of Submerged Counter Flow Jet on Hydraulic Jump Characteristics in Stilling Basins. Iran J Sci Technol Trans Civ Eng. 47, 1153–1164 (2023). https://doi.org/10.1007/s40996-022-00933-7.
Sajjadi, S. M., Esmaeilzadeh Feridani, F., Ahadiyan, J. 2025. Numerical study of energy loss and S-type hydraulic jump length using cross beams as roughness in sudden expansion, Advanced Technologies in Water Efficiency, 5(1), pp. 78-97. doi: 10.22126/atwe.2025.11522.1148.
Sajjadi, S. M., Barihi, S., Ahadiyan, J., Nadian, H. A., Valipour, M., Bahmanpouri, F., Khedri, P., Sajjadi, S. M., Barihi, S., Ahadiyan, J., Nadian, H. A., Valipour, M., Bahmanpouri, F., Khedri, P. 2024. Redesigning the Fuse Plug, Emergency Spillway, and Flood Warning System: An Application of Flood Management. Water, 16(24). https://doi.org/10.3390/w16243694.
Scorzini, A.R., Di Bacco, M., Leopardi, M. 2016. Experimental Investigation on a System of Crossbeams As Energy Dissipator in Abruptly Expanding Channels. J. Hydraul. Eng. 142, 06015018 (2016). https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001088.
Sharoonizadeh, S., Ahadiyan, J., Scorzini, A.R., Di Bacco, M., Sajjadi, M., Moghadam, M.F. 2021. Experimental Analysis on the Use of Counterflow Jets as a System for the Stabilization of the Spatial Hydraulic Jump. Water. 13, 2572 (2021). https://doi.org/10.3390/w13182572.
Sharoonizadeh, S., Ahadiyan, J., Fathi Moghadam, M., Sajjadi, M., Di Bacco, M.2022a. Experimental investigation on the characteristics of hydraulic jump in expanding channels with a water jet injection system. Journal of Hydraulic Structures. 7, 58–75. https://doi.org/10.22055/jhs.2022.40233.1203.
Sharoonizadeh, S., Ahadiyan, J., Scorzini, A. R., Di Bacco, M., Sajjadi, S. M., Fathi-Moghadam, M. 2022b. Turbulence characteristics of the flow resulting from the hydrodynamic interaction of multiple counterflow jets in expanding channels. Acta Mech 233, 3867–3880. https://doi.org/10.1007/s00707-022-03250-2.
Tahmasbipour, M., Azizi Nadian, H., Ahadiyan, J., Oliveto, G., Sajjadi, S. M., Kiyani, A. M. 2024. Experimental Investigation of T-Jump Stabilization Using Water Jets and Sinusoidal Corrugated Beds. Water, 16(23), 3513. https://doi.org/10.3390/w16233513.
Tharp, Edward Leon. 1966. Modification of the hydraulic jump by submerged jets. Master's Theses. 5775. https://scholarsmine.mst.edu/masters_theses/5775.
Torkamanzad, N., Hosseinzadeh Dalir, A., Salmasi, F., Abbaspour, A. 2019. Hydraulic Jump below Abrupt Asymmetric Expanding Stilling Basin on Rough Bed. Water. 11, 1756. https://doi.org/10.3390/w11091756.
Varol, F. A. 2009. The Effect of Water Jet on the Hydraulic Jump. Thirteenth International Water Technology Conference, IWTC 13 2009, Hurghada, Egypt.
رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
دوره 5، شماره 1
فروردین 1405
صفحه 143-161

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما