منصة الرسائل والاطاريح: التحريات الفيزيائية والعددية لمجال التدفق عند القنوات المتفرعة بابعاد هندسية مختلفة

الخلاصة

الجريان المتفرع هو عملية اطلاق المياه من القنوات الرئيسية أو الثانوية من خلال قنوات جانبية مرتبطه بالقناة السابقة لها. من خلال الدراسة الحالية تحاول التحريات المختبريه العملية والعددية التوصل لايجاد افضل زاوية تفرع مثلى للقنوات الفرعية ، والتي تؤدي إلى الحصول على اقل حجم لمنطقة انفصال الماء التي تحدث في بداية القناة الفرعية واعلى تصريف داخل للقناة الفرعية. بالإضافة إلى ذلك ، تسعى الدراسة إلى تقديم نماذج جاهزة وعملية يمكن أن تساعد مهندسي الموارد المائية في تحديد نسبة التصريف الداخل إلى القناة الفرعية لزوايا تفرع مختلفة. تم ربط القناة الفرعية والتي تم تصنيعها من البلاستيك الشفاف الأكريليك الصقيل بطول 3.2م وبعرض متغير من (30 و 22.5 و 15) سم وعمق 45 سم بالقناة الرئيسية بواسطة قطع إضافية لخمس زوايا مختلفة وهي (900 و 750 و 600 و 450 و 300). تم اخذ التحريات العددية لثماني زوايا متفرعه , بالاضافة للزوايا العملية مع ثلاث زوايا إضافية (250 و 200 و 150) وبنفس الأبعاد المختبريه. تم تغيير عرض القناة الفرعية ثلاث مرات بما يتوافق مع القياسات. لكل زاوية من كل نموذج تم أخذ اربع انحدارات وهي (0.001 ، 0.0015 ، 0.002 و 0.0025) وعند كل انحدار تم اطلاق أربع قيم للتصاريف في القناة الرئيسية وهي (5.3 و 13.1 و 17 و 25.24) لتر/ ثانية. كان مجموع عدد التجارب هي (304) تجربة من ضمنها فحص الترحيل. تم أخذ القياسات لاعماق المياه في القناة الرئيسية والفرعية لكل تصريف. تم نصب هدارين نهاية القناة الرئيسية والفرعية لحساب التصاريف للقناتين. تم إثبات صحة الدراسة من خلال استخدام برنامج Flow V 3D 11.0.4 النظري الثلاثي الأبعاد ، والذي تم استخدامه لتقييم التصريف في منطقة التفرع وما بعده. واشارت النتائج إلى وجود علاقة مباشرة بين التصاريف الخمسة بالإضافة إلى ذلك ، يلاحظ أن تدرج هذه المعادلات في هذه التحريات يتناقص مع زيادة ميل القناة الفرعية ، وذلك لأن زيادة ميل القناة الفرعية يسمح بمرور تصريف للقناة الفرعية وهذا هو المهم. بالإضافة إلى ذلك ، لوحظ أن نسبة التصريف الداخل للقناة الفرعية تزداد مع زيادة انحدار قاع القناة المتفرعة على وجه التحديد ، تؤدي زيادة ميل القناة من قيمة الانحدار الأولية البالغة 0.001 إلى زيادة في نسبة التصريف وتتراوح النسبة في الزيادة من 1.23% إلى 27.92% اذا كان عرض القناة الفرعية مماثل الى عرض القناة الرئيسية، وتكون نسبة الزيادة من 1.48% إلى 16.91 %كنسبة مئوية اذا كان عرض القناة الفرعية 75% من عرض القناة الرئيسية والزيادة تكون من 0.96% إلى %12.20 كنسبة مئوية اذا كان عرض القناة الفرعية 50% من عرض القناة الرئيسية. يمكن ملاحظة أن الحد الاعلى التصريف يتحقق بزاوية 300 عندما يكون نسبة عرض القناة الفرعية (100٪ و 75٪) ، و يتحقق الحد الأعلى لنسبة التصريف بزوايا تتراوح بين (300 و 450) عندما يكون 50%Br = وأقل نسبة تصريف تحدث بزاوية 900 وهذه النتائج تعتمد على آلية الربط ومستوى الاضطراب في التصريف ، مما يؤدي إلى فقدان الطاقة في المنطقة المتفرعة. وجدت الدراسة العددية أن الزاوية المثلى للتفرع كانت 250 والتي تؤدي إلى أعلى معدلات التصريف والحد الأدنى من فقدان الطاقة واختفاء منطقة دوران المياه تقريبا. كما أظهرت النتائج أن العلاقة بين نسبة التصريف ورقم فرود خطية وتتناسب عكسيا مع رقم فرود في بداية ونهاية القناة الرئيسية ورقم فرود في القناة المتفرعة في حالة ثبوت ميلان القناة الفرعية. تكون العلاقة بين نسبة التصريف ورقم فرود خطية وتتناسب طرديا مع رقم فرود في بداية ونهاية القناة الرئيسية وعكسيا مع رقم فرود في القناة المتفرعة في حالة تغير ميلان القناة الفرعية . وأشارت التجارب الى ان العلاقة بين نسبة التصريف ونسبة عمق المياه في القناة المتفرعة إلى عمق المياه في نهاية القناة الرئيسية خطية وطردية. تم استخدام بعض التجارب لبعض الزوايا المتفرعة منها (450 و 300) عن طريق ترحيل الجدار الأيمن للقناة لاحتجاز المنطقة الفاصلة التي حدثت في بداية القناة الفرعية. وتبدأ النسبة المئوية للزيادة في نسبة التصريف عند التفرع في القناة من 11.3٪ إلى 13.8٪ للزاوية 45 درجة، والزيادة في نسبة التصريف الداخلة للقناة الفرعية من 15.8٪ إلى 18.2٪ للزاويه 30 درجة وتعتمد زيادة النسبة المئوية على شكل وحجم الترحيل. تم ايجاد معادلات وضعية من النتائج المختبريه لتقدير نسبة التصريف لثلاث نماذج اعتمادا على زاوية التفرع وميل القناة الفرعية ونسبة عمق المياه في القناة الفرعية إلى عمق المياه في نهاية القناة الرئيسية ورقم فرود في نهاية القناة الرئيسية ورقم فرود في بداية القناة الفرعية ، مع عامل تحديد يتراوح من (0.91 إلى 0.93) باستخدام معامل التحديد R2. تظهر نسبة الخطأ للنموذج الاول بما لا تتجاوز ±8 ، والنموذج الثاني لا يتجاوز ±6 ، والنموذج الثالث أن الخطأ لا يتجاوز ±9 ، وتم استخدام النموذج الاحصائي Nash-Sutcliffe Efficiency للتحقق من صحة المعادلات.