بررسی توزیع سرعت در عمق در لایه های داخلی و خارجی جریان آب با بستر زبر

بررسی سرعت جریان آب در کشاورزی، صنعت، رودخانه و مجاری انتقال آب از جنبه های مختلفی اهمیت دارد. توزیع سرعت در عمق جریان آب در سال های اخیر به خاطر کاربردهای آن مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. از جنبه محیط زیستی نیز توزیع سرعت در عمق بر روی زندگی جانداران مختلف آبی تاثیر گذار است. در تحقیق حاضر به بررسی توزیع سرعت عمقی در بستر زبر پرداخته شده است. ارتفاع زبری بستر مورد مطالعه (K)؛ 0/8 میلیمتر، فاصله بین تاج بستر زبر و سطح سرعت صفر (Z0)؛ (Z0=0.20K) و شیب بستر 1/5 درصد می باشد. در جریان کاملا توسعه یافته در مجاری روباز، جریان کلی در عمق به دو لایه تقسیم می شود. لایه داخلی که نزدیک به بستر بوده و 20 درصد پایینی عمق جریان است و لایه خارجی که 80 درصد بالایی عمق جریان می باشد. با استفاده از معادله لگاریتمی برای بسترهای زبر، سرعت متوسط زمانی در هر نقطه بدست آمد. توزیع سرعت در لایه داخلی و لایه خارجی تفاوت دارد که به همین دلیل از معادله توزیع سرعت عمقی به صورت لگاریتمی استفاده شده است. برای عمق جریان 21/77 سانتیمتر، سرعت برشی از سه رابطه بدست آمد. 1- رابطه توزیع تنش برشی رینولدز، 10/69 سانتیمتر بر ثانیه (با برداشت های مستقیم آزمایشگاهی تطابق داشته)، 2- رابطه معروف (فرمول در متن اصلی مقاله)، 14/76 سانتیمتر بر ثانیه و 3- استفاده از عمق در رابطه دوم به جای شعاع هیدرولیکی که کاربرد زیادی دارد، 17/90 سانتیمتر بر ثانیه. توزیع سرعت عمقی از معادله ای لگاریتمی با استفاده از سه سرعت برشی بدست آمده ترسیم شد. میانگین سرعت به ترتیب برای سه حالت 2/14، 2/96 و 3/58 متر بر ثانیه بدست آمد. همچنین با استفاده از رابطه استریکلر، ضریب مانینگ 0/0127 گردید. با توجه به مشخصات جریان، از معادله مانینگ، سرعت 2/69 متر برثانیه محاسبه شد که مقدار آن بین سرعت متوسط بدست آمده از رابطه لگاریتمی سرعت با سرعت برشی از روابط 1 و 2 می باشد.