تحقیق توزيع فشار در كانالها

دسته بندي : فنی و مهندسی » عمران
توزيع فشار در كانالها
هدف از تعيين توزيع فشار در كانالها، مشخص نمودن نحوة تغييرات پارامتر فشار در عرض و در عمق در مقطع خاصي از كانال مي باشد. با داشتن توزيع فشار در كانالها و يا با انتگرال گيري از نيروهاي جزء فشاري مي توان برآيند حاصل از اين نيروهاي فشاري را بر روي تاسيسات هيدروليكي تعيين نمود . علاوه بر اين اطلاع از چگونگي توزيع فشار در به كار بردن آگاهانه معادلات انرژي و اندازه حركت در كانالها سودمند خواهد بود . در اين قسمت روابط لازم در تعيين تغييرات فشار در سه حالت مختلف يعني جريان هاي يكنواخت (موازي) ، جريان هاي متغير تدريجي و جريان هاي با انحناء در صفحه قائم ارائه خواهد شد.
توزيع فشار در جريان هاي يكنواخت (موازي)
كانالي كه با هر سطح شيب دار و سطح مقطع دلخواه را در نظر گرفته و فرض مي كنيم كه در اين كانال جريان يكنواخت برقرار است. جهت به دست آوردن توزيع فشار در مقطع خاصي از اين كانال مطابق شكل 1-9 الف ، ستوني از آب به عمق h (در صفحة عمود بر جهت عمومي جريان) و سطح مقطع dA را در نظر گرفته و تغييرات فشار در امتداد اين ستون را مورد بررسي قرار مي دهيم.
در صورتي كه معادلة حركت براي جرم اين ستون و در جهت عمود بر خطوط جريان نوشته شود با توجه به اين كه خطوط جريان موازي هستند (حريان موازي) مؤلفه شتاب در جهت عمود بر خطوط جريان نمايش داده شده وجود نداشته و لذا :
مؤلفة وزن در جهت عمود بر خطوط جريان = نيروي فشار
(1-7)
P در اين رابطه ، كه به قانون تغييرات هيدرواستاتيكي فشار موسوم است بر مبناي فشار نسبي بيان گرديده است و h تغييرات عمق را در موضع مورد نظر در صفحه أي عمود بر جهت عمومي جريان نمايش مي دهد . و نيز به ترتيب وزن مخصوص آب و زاوية شيب كانال مي باشد . در صورتي كه تعيين مقدار فشار در كف كانال مورد نظر باشد با قراردادنd به جاي h مي توان از رابطة زير براي به دست آوردن فشار استفاده نمود :
(1-8)
در شكل 1-9 ب، نحوة تغييرات فشار در جريان يكنواخت ترسيم گرديده است كه براساس آن ، فشار مربوطه به صورت خطي از صفر تا مقدار تغيير مي نمايد . با توجه به موارد ذكر شده در صورتي كه پيزومترهاي فرضي در مقطع جريان در موضع مورد نظر از كانال قرارداده شود سطح اين پيزومترها منطبق بر سطح آزاد نخواهد بود. نكته اي كه در اين رابطه قابل ذكر است اين است كه در صورتي كه شيب كف كانال كم باشد(كم بودن كانال شيب امري است نسبي است و در اين مورد زاوية 60 < به عنوان شيب كم در نظر گرفته مي شود. اين زاوية شيبي در حدود ده درصد را مطرح مي كند كه در مسايل عملي چنين شيب زيادي كمتر پيش مي آيد)



مي توان را تقريباً معادل يك در نظر گرفت و در نتيجه در كانال با شيب كم روابط 1-7 و 1-8 به صورت زير در خواهند آمد :


لذا در كانال با شيب كم است كه مي توان خط تراز هيدروليكي (سطح پيزومتري) را منطبق بر سطح آزاد در نظر گرفت .
توزيع فشار در جريان هاي متغير تدريجي
با توجه به ويژگي هايي كه از جريان متغير تدريجي ذكر گرديد ، توزيع فشار در اين حالت نيز از قانون تغييرات هيدرواستاتيكي فشار تبعيت خواهد كرد. و روابط 1-7 و 1-8 در اين حالت نيز صادق مي باشند. فرض بر قرار بودن قانون تغييرات هيدرواستاتيكي فشار در جريان هاي متغير تدريجي يكي از فرضيات اساسي در به دست آوردن معادلة حاكم بر اين گونه جريان ها مي باشد كه در فصل پنجم توضيح داده خواهد شد.