خلاصه
بهترین نوع سطح مقطع کانال هیدرولیک موجب ایجاد حداکثر ظرفیت جریان برای سطح مقطع جریان، حداقل سطح مقطع و محیط اطراف برای میزان تخلیه مشابه می‌شود. هزینه ساخت‌وساز را نیز می‌توان در همان میزان زمان به حداقل مقدار رساند. سطح مقطع سهمی گون افقی (HBP) را می‌توان یک سطح مقطع مرکب در نظر گرفت. مهم است که در فرایند طراحی، پارامترهای نواحی افقی و سهمی گون محاسبه شوند. در این مقاله به بررسی بهترین نوع سطح مقطع هیدرولیک و مشخصه‌های آن پرداخت‌شده است. به‌منظور تعیین ابعاد در بهترین ترکیب از حالت‌های افقی و سهمی گون، روش صریح پیشنهادشده است. این روش و پارامترهای آن موجب تسهیل طراحی کانال می‌شود. مشخص شد که نسبت‌های عرض سطح بالایی به عمق و عرض سطح پایینی به عمق برای مقطع هیدرولیک، ثابت است. در مقایسه باحالت سهمی گون، حالت‌های مستطیلی، ذوزنقه، مثلث، نیم مکعب و نیم مکعب افقی دارای بیشترین ظرفیت جریان هستند و کوچک‌ترین سطح جریان برای همان میزان تخلیه را دارند. نتایج به دست آمده از مقطع هیدرولیک در کانال سهمی گون، قابل‌اعمال به سطح مقطع HBP نیست.
مقدمه
بهترین نوع سطح مقطع هیدرولیک منجر به حداکثر ظرفیت جریان خواهد شد. این امر موجب کاهش هزینه ساخت‌وساز تا حداقل مقدار در میزان زمان مشابه می‌شود. درنتیجه انتخاب بهترین نوع سطح مقطع هیدرولیک همیشه یکی از موارد موردبررسی محققان بوده است. چاو روش صریح را برای این نوع سطح مقطع در حالت‌های نیم‌دایره، ذوزنقه، مستطیل، سهمی گون و مقاطع پیوسته بررسی کرد. هانگ و همکاران روشی را برای طراحی کانالی باثبات برای رودخانه را بررسی کردند. وطن‌خواه نوعی از مقاطع چندضلعی منظم را ارائه کرد که یکی بهترین راه‌حل‌ها برای کانال‌های هیدرولیک هستند. هان مقطعی با کف افقی و کناره‌های سهمی گون را ارائه کرد که نشان داد یکی از بهترین حالت‌ها برای سطح مقطع هیدرولیک است. ون و لی محاسبات هیدرولیک برای سطح مقطع نوع 2 نعل اسبی با استفاده از روش ضرب لاگرانژ را ارائه کردند. عبدالرحمن سطح مقطع مرکب با کف ذوزنقه‌ای و سطح بالایی مستطیلی را بررسی کرد. لیو و همکاران مقطع بهینه هیدرولیک که کانالی ترکیبی از کف افقی و کناره‌های عمودی است را پیشنهاد کردند. لو و همکاران مشخصه‌های بهترین مقطع هیدرولیک را برای مقاطع U شکل بررسی کردند. موهانتی و خاتوا، تخلیه و توزیع در کانال‌های مرکب را بررسی کردند. ملکی و خان اثر اشکال مختلف کانال را بر دقت ابعادی و بازده جریان کانال موردبررسی قراردادند.
انواع مختلفی از شکل‌های متعدد کانال وجود دارند که مقطع سهمی گون یکی از آن‌ها است. پیشنهادشده است که کانال‌های غیرخطی باید به شکل سهمی گون باشند. درنتیجه انتقال ازنظر هیدرولیکی کاملاً باثبات خواهد بود. نشان داده‌شده است که ظرفیت تخلیه در مقاطع سهمی گون، بیشتر از مقاطع ذوزنقه‌ای در شرایط یکسان است. هزینه این نوع مقاطع نیز کمتر از مقاطع ذوزنقه‌ای خواهد بود.
مقایسه با سایر مقاطع
در حالت مشابه، مشخصات مقاطع ذوزنقه، مستطیل، مثلث، نیم مکعب و نیم مکعب با کف افقی را می‌توان بررسی کرد. مقایسه بین مقطع سهمی گون با کف افقی و سایر مقاطع در جدول 4 آورده شده است.
مقایسه‌ها نشان داد که سطح جریان و محیط مرطوب در مقطع HBC، کوچک‌ترین در بین مقاطع اشاره‌شده در جدول 4 برای میزان تخلیه مشابه است. به‌عبارت‌دیگر میزان تخلیه برای سطح جریان موردنظر، بیشترین مقدار است. هزینه ساخت کانال وابسته به پارامترهای مختلفی است. به‌طور کل می‌توان گفت مقطع HBCیک مقطع به‌صرفه و اقتصادی است.
نتایج
مشخص کردن بهترین ترکیب از کف افقی و کناره‌های سهمی گون، به‌منظور طراحی این نوع مقطع امری ضروری است. در این مقاله، پارامترهای مقطع و روابط صریح برای بهترین مقطع هیدرولیک به‌دست‌آمده آمده‌اند که برای محاسبه ابعاد کانال مورداستفاده قرار می‌گیرند. نشان داده‌شده که نسبت کف افقی به عمق آب b/h، برابر با 5184/0، نسبت عرض سطح کلی آب به عمق آب Bt/hبرابر با 1623/2 و ضریب تصحیح در عمق آب athبرابر با 4801/1 است. مقایسه با 9 مقطع دیگر (سهمی سنتی، مستطیل، ذوزنقه، مثلث، نیم مکعب و نیم مکعب با کف افقی) نشان داد که مقطع HBPبیشترین ظرفیت جریان و کوتاه‌ترین محیط مرطوب را دارد. در طرف مقابل، کوچک‌ترین سطح جریان برای همان میزان تخلیه را دارد. مقایسه پارامترهای شکل نشان داد که این پارامترها برای مقاطع سهمی گون و HBCبا یکدیگر تفاوت دارند. درنتیجه شکل کناره، به‌طور مستقیم قابل‌اعمال به مقطع سهمی گون با کف افقی نیست.
این مقاله ISI در سال 2017 در نشریه الزویر و در مجله هیدرودینامیک، توسط دانشکده منابع و محیط زیست منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله بهترین سطح مقطع هیدرولیک در کانال سهمی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
