نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

بررسی آزمایشگاهی تاثیر مشخصات هندسی و آرایش بلوک‌های مکعب مستطیلی بر کنترل پرش هیدرولیکی در کانال مستطیلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
ابراهیم اسدی 1
علیرضا جوادی 2
امین سیدزاده 3
1 استادیار دانشگاه شهید مدنی آذربایجان - گروه مهندسی عمران، تبریز، ایران. asadi@azaruniv.ac.ir
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان.
3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده مهندسی کشاورزی، دانشگاه فسا
10.22034/idj.2026.556062.2638
چکیده
پرش هیدرولیکی به عنوان یک پدیده کلیدی در مهندسی هیدرولیک، نقش حیاتی در اتلاف انرژی و حفاظت از سازه‌های پایین‌دست ایفا می‌کند. این پژوهش به بررسی تجربی اثر استفاده از بلوک‌های مکعب مستطیلی با آرایش زیگزاگی بر مشخصات پرش هیدرولیکی در یک کانال مستطیلی می‌پردازد. آزمایش‌ها در یک فلوم با عرض 5/0 متر و برای اعداد فرود اولیه بین 5/1 تا 1/19 انجام شد. متغیرهای مستقل شامل ارتفاع نسبی بلوک‌ها (‎h/b = 2, 3, 4) و فاصله طولی نسبی بین ردیف‌های آن‌ها (‎s/b = 1, 2, 4) بود. مقایسه‌ی کمی داده‌های آزمایشگاهی با حالت مبنا (بستر صاف) نشان داد که حضور این بلوک‌ها منجر به کاهش عمق ثانویه و طول پرش و همچنین افزایش اتلاف انرژی می‌شود. تحلیل‌ها نشان داد که پارامتر ارتفاع بلوک اثر غالب‌تری نسبت به فاصله طولی دارد، به‌طوری‌که بلوک‌های با ارتفاع نسبی ۴ در مقایسه با ارتفاع ۲، به طور متوسط باعث کاهش 57 تا 69 درصدی بیشتری در عمق ثانویه و کاهش 24 تا 32 درصدی در طول پرش شدند. بیشترین افزایش در اتلاف انرژی نسبی (4/16 درصد) نیز مربوط به پیکربندی با بیشترین ارتفاع و فاصله بود.
کلیدواژه‌ها
پرش هیدرولیکی
عمق ثانویه
طول پرش
اتلاف انرژی
حوضچه آرامش

عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Geometric Properties and Arrangement of Rectangular Cubical Blocks on Hydraulic Jump Control in a Rectangular Channel

نویسندگان English

Ebrahim Asadi 1
Alireza Javadi 2
Amin Seyedzadeh 3
1 Assistant Professor of Azerbaijan Shahid Madani University - Department of Civil Engineering, Tabriz, Iran. asadi@azaruniv.ac.ir
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Technology and Engineering, Shahid Madani University of Azerbaijan.
3 Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agricultural Engineering, Fasa University
چکیده English

The hydraulic jump is a key phenomenon in hydraulic engineering, playing a vital role in energy dissipation and the protection of downstream structures. This study presents an experimental investigation into the effects of using rectangular cubes in a zigzag arrangement on the characteristics of a hydraulic jump in a rectangular channel. The experiments were conducted in a flume with a width of 0.5 meters for initial Froude numbers ranging from 1.5 to 19.1. The independent variables included the relative block height (h/b = 2, 3, 4) and the relative longitudinal spacing between their rows (s/b = 1, 2, 4). A quantitative comparison of the laboratory data with the baseline (smooth bed) showed that the presence of these blocks leads to a reduction in the sequent depth and jump length, as well as an increase in energy dissipation. Analysis revealed that the block height parameter has a more dominant effect than the longitudinal spacing. Specifically, blocks with a relative height of 4, compared to a height of 2, resulted on average in an additional 57% to 69% reduction in the sequent depth and an additional 24% to 32% reduction in the jump length. The maximum increase in relative energy dissipation (16.4%) was also associated with the configuration featuring the greatest height and spacing.

کلیدواژه‌ها English

Hydraulic jump
Sequent depth
Jump length
Energy dissipation
Stilling basin
اسدی، ا.، امیدپور علویان، ت.، سلطانی ستوبادی، م. و سلمانی مطبوع، ا.ح. 1402. بررسی آزمایشگاهی تأثیر موانع مثلثی بر پرش هیدرولیکی و توزیع عمق جریان در کانال‌های ذوزنقه‌ای. پژوهش‌های مهندسی آب ایران. 3(1): 1-16.
اسدی، ا.، سلطانی ستوبادی، م.، امیدپورعلویان، ت. و سلمانی مطبوع، ا.ح. 1403. بررسی استهلاک انرژی در فلوم کانال ذوزنقه‌ای با موانع مثلثی متساوی الساقین. پژوهش‌های مهندسی آب ایران. 4(1): 1-22.
اسدی، ا.، محمدزاده، س. و سیدزاده، ا. 1404. تأثیر بلوک‌های مثلثی زیگزاگی بر مشخصات پرش هیدرولیکی و اتلاف انرژی در حوضچه آرامش مستطیلی. دانش آب و هیدرولیک. 35(3): 21-35.
اسدی، ف.، فضل‏ اولی، ر. و عمادی، ع.ر. 1396. مطالعه آزمایشگاهی استهلاک انرژی و طول پرش هیدرولیکی در شرایط بستر زبر با بلوک‏های مکعبی‏ در پایین‏دست دریچه کشویی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 11(4): 597-608.
اسلام منش، ب.، دستورانی، م. و رمضانی، ی. 1400. اثر جت و زبری نیم استوانه‌ای بر مشخصات پرش هیدرولیکی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 15(4): 842-853.
بدیع زادگان، ر.، صانعی، م. و اسماعیلی، ک. 1393. مقایسه مشخصات پرش هیدرولیکی روی انواع بستر‌های موج‌دار. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 8(2): 220-232.
جوادی، ع.ر. و اسدی,ا. 1400. بررسی آزمایشگاهی تاثیر هندسه بلوک‌های مستطیلی زیگزاگی بر مشخصات پرش هیدرولیکی در کانال ذوزنقه‌ای. نشریه علمی هیدرولیک. 16(2): 31-42.
Abbaspour, A., Dalir, A. H., Farsadizadeh, D. and Sadraddini, A. A. 2009. Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro-environment Research. 3(2): 109-117.
Al-Mansori, N. J. H., Alfatlawi, T. J. M., Hashim, K. S., and Al-Zubaidi, L. S. 2020. The effects of different shaped baffle blocks on the energy dissipation. Civil Engineering Journal, 6(5), 961-973.
Asadi, E., Mohammadzadeh, S., Mirzaei, N. and Seyedzadeh, A. 2025. Hydraulic characteristics of a trapezoidal stilling basin with triangular blocks. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 31(2): 173-187.
Aydın, M. C. and Ulu, A. E. 2018. Effects of different shaped baffle blocks on the energy dissipation and the downstream scour of a regulator. Bitlis Eren University Journal of Science and Technology. 8(2): 69-74.
Carollo, F. G., Ferro, V., and Pampalone, V. 2007. Hydraulic jumps on rough beds. Journal of Hydraulic Engineering. 133(9): 989-999.
Chanson, H. 2001. Hydraulic design of stepped spillways and downstream energy dissipators. Dam Engineering. 11(4): 205-242.
Ead, S. A., and Rajaratnam, N. 2002. Hydraulic jumps on corrugated beds. Journal of Hydraulic Engineering. 128(7): 656-663.
Ellayn, A. F., and Sun, Z. L. 2012. Hydraulic jump basins with wedge-shaped baffles. Journal of Zhejiang University SCIENCE A. 13(7): 519-525.
Forster, J. W., and Skrinde, R. A. 1950. Control of the hydraulic jump by sills. Transactions of the American Society of Civil Engineers. 115(1): 973-987.
Habibzadeh, A., Loewen, M. R. and Rajaratnam, N. 2012. Performance of baffle blocks in submerged hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Engineering. 138(10): 902-908.
Hager W.H. 1992. Energy dissipators and hydraulic jump. Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. The Netherlands.
Hughes, W. C. and Flack, J. E. 1984. Hydraulic jump properties over a rough bed. Journal of Hydraulic engineering. 110(12): 1755-1771.
Maatooq, J. 2018. The effects of baffle blocks locations and blockage ratio on the sequent depth and velocity distribution of forced hydraulic jump. 7th International Symposium on Hydraulic Structures. Aachen. Germany.
Mohamed Ali, H. S. 1991. Effect of roughened-bed stilling basin on length of rectangular hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering. 117(1): 83-93.
Negm, A. M. 2002. Optimal roughened length of prismatic stilling basins. In Proceedings of the 5th International Conference on Hydro-Science and Engineering, Poland.
Omid, M. H., Esmaeeli Varaki, M. and Narayanan, R. 2007. Gradually expanding hydraulic jump in a trapezoidal channel. Journal of Hydraulic Research. 45(4): 512-518.
Padulano, R., Fecarotta, O., Del Giudice, G. and Carravetta, A. 2017. Hydraulic design of a USBR Type II stilling basin. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 143(5): 04017001.
Parsamehr, P., Farsadizadeh, D., Hosseinzadeh Dalir, A., Abbaspour, A. and Nasr Esfahani, M. J. 2017. Characteristics of hydraulic jump on rough bed with adverse slope. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 23(3): 301-307.
Peterka, A. J. 1958. Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators. Engineering Monograph No. 25, U.S. Bureau of Reclamation, Denver.
Pillai N.N. and Kansal, M.L. 2022. Stilling basins using wedge-shaped baffle blocks in 9th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures. Proceedings of the 9th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures (9th ISHS). IIT Roorkee, Roorkee, India.
Rajaratnam, N. 1966. The hydraulic jump in sloping channels. Irrigation and Power. 32(2): 137-149.
Sayyadi, K., Heidarpour, M. and Ghadampour, Z. 2022. Effect of bed roughness and negative step on characteristics of hydraulic jump in rectangular stilling basin. Shock and Vibration. 2022(1): 1-9.
Tokyay, N.D. 2005. Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. Proceedings of the Impacts of Global Climate Change, EWRI. Anchorage. Alaska. USA.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 20، شماره 2 - شماره پیاپی 117
خرداد و تیر 1405
صفحه 255-268