مدل‌سازي آزمايشگاهي و تحليلي نرخ تبخير از جريان آب در كانال‌ها

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

برخلاف مطالعات گسترده بر روي تبخير از آب¬هاي ساكن مانند درياچه¬ها، تبخير از جريان¬ها مانند رودخانه¬ها و كانال¬هاي انتقال آب كمتر مورد توجه قرارگرفته است. از اين¬رو هدف تحقيق حاضر برآورد نرخ تبخير از جريان¬هاي آبي به صورت آزمايشگاهي و تحليلي است. عوامل متعددي مانند عوامل فيزيكي، هواشناسي و هيدروليكي بر تبخير مؤثر هستند كه در پژوهش پيش رو اثر عوامل هواشناسي شامل تابش نور و جريان باد بر نرخ تبخير در سه سرعت جريان آب 5/1، 5/4 و 5/7 سانتي¬متر بر ثانيه مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش آزمايشگاهي براي انجام آزمايش¬ها از يك كانال آب با عرض 082/0 متر، ارتفاع 145/0 متر و طول 77/4 متر استفاده شد. طول مشخصي از كانال (ناحيه انجام آزمايش) به منظور انجام آزمايش¬ها در نظر گرفته شد. با شبيه¬سازي شرايط هر آزمايش در آزمايشگاه، اندازه¬گيري نرخ تبخير براي حالت¬هاي بدون اعمال تابش نور و جريان باد، فقط اعمال جريان باد، فقط اعمال تابش نور و اعمال همزمان جريان باد و تابش نور انجام گرديد. دماي آب، دماي هوا و رطوبت نسبي هوا از شروع آزمايش تا پايان آن هر نيم ساعت يك¬بار اندازه¬گيري و نرخ تبخير با توجه به مقدار آب از دست رفته براي هر آزمايش تعيين شد. در بخش تحليلي بر اساس توازن انرژي و با توجه به داده¬هاي اندازه¬گيري شده براي هر آزمايش، ميزان تبخير محاسبه گرديد. نرخ¬هاي تبخير اندازه¬گيري شده در آزمايشگاه با نرخ¬هاي تبخير محاسبه شده از فرمول توازن انرژي مقايسه شدند و مشخص شد با يكديگر همبستگي قابل قبولي دارند. بررسي¬ها بيانگر نقش قابل توجه پارامترهاي هواشناسي و سرعت جريان آب بر نرخ تبخير بودند. در حالت عدم حضور جريان باد و تابش نور، نرخ تبخير نسبت به حالات ديگر كمتر بود و با افزايش سرعت جريان آب ميزان تبخير نيز افزايش مي¬يافت. افزايش سرعت جريان آب باعث افزايش سرعت نسبي بين آب و هوا مي¬شود كه با افزايش سرعت نسبي، ضخامت لايه مرزي انتقال جرم بين آب و هوا كاهش و نرخ تبخير افزايش مي¬يابد. اعمال فقط تابش نور باعث انتقال انرژي بيشتر و افزايش دماي آب و در نتيجه افزايش نرخ تبخير شد. بررسي¬ها نشان دادند با افزايش تابش نور از صفر به W/m2 200، نرخ تبخير حدود دو برابر و از W/m2 200 به W/m2 400 حدود 60 درصد افزايش داشت. جريان باد در سه حالت عمود، هم جهت و خلاف جهت با جريان آب اعمال گرديد. جريان باد موجب پخش شدن مولكول¬هاي بخار آب و كاهش ضخامت لايه مرزي مي¬شود در نتيجه نرخ تبخير افزايش مي¬يابد. همچنين با بررسي سه حالت جريان باد نسبت به جريان آب مشخص شد اگر جهت آنها يكسان باشد نرخ تبخير كمترين مقدار و اگر جهت آنها خلاف همديگر باشد، نرخ تبخير بيشترين مقدار را دارد. در بررسي¬ها مشخص شد كه در حالت اعمال جريان باد به صورت عمود، با افزايش سرعت جريان باد از صفر به m/s 2، نرخ تبخير حدود 150 درصد افزايش مي¬يابد. همچنين نرخ تبخير در حالت يكسان بودن جهت جريان باد و آب نسبت به حالت جريان عمودي باد، در حدود 10 درصدكاهش و در حالت خلاف جهت بودن حدود 10 درصد افزايش داشت. در حالت كلي بيشترين نرخ تبخير در اعمال همزمان جريان باد و تابش نور مشاهده گرديد. با توجه به پارامترهاي بعد دار و مؤثر حاضر در مسأله و بر اساس آناليز ابعادي با روش پي باكينگهام، 4 پارامتر بدون بعد به دست آمد: پارامتر Ee مربوط به تغييرات نرخ تبخير، Rd مربوط به تغييرات ميزان تابش، Ve نسبت سرعت جريان باد به سرعت جريان آب، و Re عدد رينولدز. مشخص شد كه با افزايش پارامترهاي Rd، Ve و Re، پارامتر Ee افزايش مي¬يابد. در نهايت با استفاده از نرم¬افزار SPSS يك رابطه كلي براي برآورد نرخ تبخير در شرايط مختلف ارائه گرديد.

214683

محيط‌زيست

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

جهانگير عابدي كوپايي، مسعود طاهريون

ميلاد امين‌زاده، عبدالرضا كبيري ساماني