در صورتی که فرضیات و ابعاد فوق در معادله ۳-۲ قرار بگیرند، دبی خروجی از لوله ۰۶/۷ مترمکعب بر ثانیه بدست می آید و اگر از رابطه ۲-۲ برای محاسبه فرود استفاده شود این دبی در لوله با قطر ۵/۳ سانتیمتر فرود ۶۹/۳ ایجاد می کند که فرود قابل قبولی است.
| (۳-۲) |
با توجه به محاسبات اولیه، یک مدل آزمایشی با ورق نئوپان و لوله پی وی سی[۱۸] ساخته شد و برای کنترل نتایج بدست آمده از معادله انرژی، در کف فلوم نصب و با خمیر ضد آب، آببندی شد.
با نصب مدل در حوضچه حداکثر دبی قابل ایجاد در حالتی که از فلوم به عنوان مخزن استفاده شود و عمق آب پشت مدل ۴/۴۴ سانتیمتر باشد ۳/۶ متر مکعب بر ساعت، نظیر فرود ۳/۳ بود که کمتر از مقدار محاسبه شده با بهره گرفتن از معادله انرژی است و این به دلیل آن است که افت ایجاد شده بین مخزن و خروجی در مدل بیشتر از آن چیزی است که در حل معادله انرژی فرض شده بود.
همانطور که در شکل ۳-۳ ب، نشان داده شدهاست برای کاهش افت ایجاد شده در ورودی لوله از یک قیف استفاده شده که به مقدار قابل قبولی افت را کاهش داد و در عمق آب ۴۰ سانتیمتر با دبی ۶/۶ مترمکعب بر ساعت، نظیر فرود ۴۵/۳ رسیدیم. و این دبی و فرود مبنای طراحی تمام حوضچهها قرار گرفت.
۳-۵ معرفی فاکتور عملکرد
برای مقایسه حوضچه ها نیاز است معیار مناسبی برای مقایسه نتایج تعریف شود. با توجه به اینکه در همه حوضچه ها آنچه اهمیت دارد میزان افتی است که یک حوضچه می تواند در انرژی جریان ورودی ایجاد کند بر همین اساس معیار معرفی شده باید به گونه ای باشد که به نحوی نشان دهنده میزان انرژی جریان و فرم جریان در پایاب باشد، هرچه انرژی جریان خروجی از حوضچه کمتر باشد یا به عبارتی افت ایجاد شده در جریان ورودی بیشتر باشد قدرت حمل رسوب و کف کنی آن کمتر می شود و هرچه حداکثر آبشستگی از حوضچه دورتر باشد پایداری حوضچه در مقابل فرسایش پایاب بیشتر می شود. در صورتی که در پایاب همه مدلها از ذرات بستر با قطر متوسط و چگالی یکسان استفاده شود و دو نمونه در شرایط یکسان آزمایش شوند، اگر از عدد بی بعد نسبت عمق آبشستگی به فاصله محل حداکثر آبشستگی تا آستانه استفاده شود می توان از این نسبت برای مقایسه عملکرد دو حوضچه استفاده کرد، هرچه این نسبت کمتر باشد نشان دهنده آن است که حفره آبشستگی با یک شیب ملایم تر از حوضچه دور می شود و حوضچه عملکرد بهتری دارد( گوئل و ورما ۱۹۹۹).
شکل۳-۴ شمای کلی پروفیل آبشستگی
بر اساس شکل ۳-۴ عدد عملکرد[۱۹] حوضچه به صورت نسبت عمق آبشستگی به فاصله حداکثر آبشستگی از آستانه تعریف می شود.
| (۳-۳) |
۳-۶ ساخت مدل آزمایشگاهی
در هر تحقیق لازم است یک مقایسه مناسب با سایر موارد مشابه ارائه شود. یک مقایسه در صورتی معتبر است که دو نمونه در شرایط یکسان مقایسه شوند، از این رو در این تحقیق لازم است ابتدا در میان مدلهای معرفی شده در فصل دوم بهترین های آنها از نظر عملکرد انتخاب و مدل سازی شوند و در نهایت با ایجاد تغییراتی در مدل های قبلی و بررسی اثر تغییر پارامترهای مورد نظر روی عملکرد حوضچه بتوان عملکرد را بهبود بخشید و ادعا کرد حوضچهها در شرایط یکسان مقایسه شده اند.
در ادامه دو مدل اصلی مدل سازی در این تحقیق معرفی می شوند، اولی حوضچه پرکاربرد و استاندارد انجمن آبادانی امریکا در خروجی لولههاست که در فصل دوم معرفی شد و حوضچه دوم حوضچهای است که بر اساس مطالعات دکتر گوئل و همکارانش در طول ۱۳ سال گذشته معرفی شده است.
۳-۶-۱ مدل سازی حوضچه تیپ شش انجمن آبادانی امریکا در خروجی لولهها[۲۰]
در حال حاضر پرکاربرد ترین حوضچه آرامش در خروجی لولهها، حوضچه آرامش انجمن آبادانی امریکا می باشد که در شکل های ۳-۵ و ۳-۶ نمونههای ساخته شده از این حوضچه آورده شده است و موارد مشابه بسیاری می توان یافت که از این نوع حوضچه در خروجی لولهها استفاده شده است.
شکل ۳-۵ حوضچه آرامش تیپ ۶ انجمن آبادانی امریکا ساخته شده در ایستگاه پمپاژ شمال شهر می سی سی پی[۲۱] امریکا
شکل ۳-۶ حوضچه آرامش تیپ ۶ انجمن آبادانی امریکا واقع در خروجی سد مورانباه[۲۲] واقع در ایالت کوئینزلند[۲۳] استرالیا
یکی از مدل های ساخته شده در این پایان نامه جهت مقایسه عملکرد آن با حوضچه های جدید همین حوضچه می باشد که در ادامه روند طراحی و ساخت آن ارائه شده است.
همانطور که در بخش قبلی گفته شد با توجه به اینکه حداکثر دبی قابل ایجاد در فلوم در حالتی که از خود فلوم به عنوان مخزن استفاده شود و قطر خروجی ۵/۳ سانتیمتر و ۱۳ سانتیمتر رسوب مدل شود ۶/۶ متر مکعب بر ساعت، نظیر فرود ۴۵/۳ می باشد. بر همین اساس مبنای طراحی حوضچه آرامش تیپ شش USBR فرود طرح ۴۵/۳ در نظر گرفته شد.
در صورتی که از رابطه ۲-۱ برای محاسبه عرض حوضچه استفاده شود عرض حوضچه ۱۸ سانتیمتر محاسبه می شود.
برای محاسبه سایر ابعاد حوضچه از روابط معرفی شده در شکل ۲-۲ استفاده می شود که در ادامه آورده شده اند:
با بهره گرفتن از ابعاد محاسبه شده حوضچه آرامش تیپ شش انجمن آبادانی امریکا بر اساس فرود ۴۵/۳ و قطر لوله ۵/۳ سانتیمتر، یک مدل با ورق فومیزه ضد آب به ضخامت ۶/۱ سانتیمتر ساخته شد که به راحتی بوسیله یک عدد پیچ کف فلوم نصب می شود. در شکل ۳-۷ نمونه ساخته شده آورده شده است.
شکل ۳-۷ حوضچه آرامش تیپ شش USBR طراحی شده برای فرود ۴۵/۳و قطر لوله ۵/۳ سانتیمتر
۳-۶-۲ ساخت حوضچه آرامش با نتایج تحقیقات دکتر گوئل و همکاران
همانطور که در فصل دوم اشاره شد دکتر گوئل و همکاران در سالهای گذشته مطالعات گستردهای روی عملکرد حوضچه آرامش در خروجی لوله ها انجام دادهاند. علاوه بر حوضچه استاندارد USBR در این تحقیق یک حوضچه آرامش دیگر بر اساس توصیه های ایشان و نتایج حاصل از مدل سازی های ایشان ساخته شد. در فصل دوم به صورت مختصر نتایج مطالعات گوئل و همکاران آورده شد. در این قسمت بخشهایی از نتایج مطالعات ایشان که برای ساخت حوضچه گوئل استفاده شده است به صورت مفصلتری آورده شده است.
طول حوضچه:
از آنجا که هدف مقایسه حوضچههاست حوضچه جدید در طولی مساوی طول حوضچه آرامشUSBR که در بخش ۳-۶-۱ شرح داده شد ساخته شد.
شکل آستانه:
همانطور که در فصل ۲ هم اشاره شده، ورما و گوئل (۲۰۰۳) با مدل سازی حوضچه آرامش استاندارد تیپ ۶ انجمن آبادانی امریکا در فرود ۳٫۵۲ با تغییر پارامتر های مختلف آن سعی در بهبود عملکرد حوضچه داشتند که نتایج حاصل از این تحقیق مبنای ساخت حوضچه جدید قرار گرفت. در ورما و گوئل ۲۰۰۳ فاکتور عملکرد را به صورت نسبت فاصله محل حداکثر آبشستگی از آستانه به عمق آبشستگی تعریف شده است که هر چه این نسبت بیشتر باشد عملکرد بهتر است. در شکل ۳-۸ نتایج آزمایش های ورما و گوئل ۲۰۰۳ برای دو قطر لوله آورده شده که نشان می دهد آستانه شیبدار با شیب ۱:۲ (۲افقی:۱قائم) فاکتور عملکرد بیشتری دارد بنابراین برای ساخت حوضچه جدید از همین شیب استفاده شد.
در ورما و گوئل (۲۰۰۳) ارتفاع آستانه مورد استفاده، ۰٫۷۵d (d قطر داخلی لوله) در نظر گرفته شده است و همین مقدار برای ساخت آستانه حوضچه جدید نیز استفاده شد.
