ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΑΝΟΙΚΤΟ ΑΓΩΓΟ ΜΕ ΣΤΕΝΩΣΗ

Abstract

Η παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει κεντρικό θέμα την μελέτη της ροής στην περιοχή της στένωσης δύο ανοικτών αγωγών ορθογωνικής διατομής, με την αριθμητική προσομοίωση τμήματος των αγωγών 100 και 700 μέτρων μέσω του υδραυλικού λογισμικού HEC-RAS, μελετώντας το κρίσιμο βάθος. Αρχικά παρατίθενται γενικές γνώσεις για τους ανοικτούς αγωγούς, τη στένωσή τους ,το θεωρητικό υπόβαθρο του HEC-RAS με τις βασικές εξισώσεις που ακολουθεί και στη συνέχεια ακολουθεί μελέτη πάνω στους ανοικτούς αγωγούς που προαναφέρθηκαν. Το κάθε σενάριο αναλύθηκε με βάση τα υδραυλικά στοιχεία, όπως η ταχύτητα και το βάθος ροής, ο αριθμός Froude της ροής, η γραμμή ενέργειας, οι ενδιάμεσες διατομές, ο τύπος ροής και στη συνέχεια έγινε σύγκριση μεταξύ των σεναρίων. Στο πρώτο Σενάριο αγωγού ορθογωνικής διατομής 100m, οι ταχύτητες ροής παρέμειναν χαμηλές και το βάθος ροής παρέμεινε ίδιο σε όλη τη διατομή. Η γραμμή ενέργειας ήταν πολύ ομαλή. Στο δεύτερο Σενάριο αγωγού ορθογωνικής διατομής μήκους 100m (η ροή ξεκινάει από δεξιά πρός αριστερά δηλαδή από το 100 προς το 0) αρχίζει στένωση στα 60m από το τέλος του αγωγού μέχρι τα 40m , η ταχύτητα ροής άρχισε να αυξάνεται στα 60m από το τέλος του αγωγού λόγω της στένωσης και στην έξοδο της μειώθηκε καταλήγοντας στην ίδια ταχύτητα ροής του πρώτου σεναρίου. Παρατηρείται υδραυλικό άλμα στη στένωση. Το βάθος ροής μειώθηκε σημαντικά στη στένωση και στη συνέχεια επέστρεψε στο ίδιο βάθος ροής του πρώτου σεναρίου μετά την έξοδο της. Η γραμμή ενέργειας αυξομειώθηκε σχετικά ομαλά. Στο τρίτο Σενάριο αγωγού ορθογωνικής διατομής 700m, οι ταχύτητες ροής παρέμειναν χαμηλές και το βάθος ροής παρέμεινε ίδιο σε όλη τη διατομή. Η γραμμή ενέργειας είχε ήπια κλίση. Στο τέταρτο Σενάριο αγωγού ορθογωνικής διατομής 700m (η ροή ξεκινάει από δεξιά πρός αριστερά δηλαδή από το 700 προς το 0) αρχίζει στένωση στα 400m από το τέλος του αγωγού μέχρι τα 300m , η ταχύτητα ροής άρχισε να αυξάνεται στα 400m, από το τέλος του αγωγού, λόγω της στένωσης και στην έξοδο της μειώθηκε καταλήγοντας στην ίδια ταχύτητα ροής του τρίτου σεναρίου. Παρατηρείται υδραυλικό άλμα στη στένωση.Το βάθος ροής μειώθηκε σημαντικά στη στένωση και στη συνέχεια επέστρεψε στο ίδιο βάθος ροής του τρίτου σεναρίου μετά την έξοδο της. Η γραμμή ενέργειας αυξομειώθηκε σχετικά ομαλά. Στο πέμπτο Σενάριο αγωγού ορθογωνικής διατομής 700m (η ροή ξεκινάει από δεξιά πρός αριστερά δηλαδή από το 700 προς το 0) περιέχονται τρεις διαδοχικές στενώσεις ξεκινώντας η πρώτη στα 600m μέχρι τα 500m, η δεύτερη στα 400m μέχρι τα 300m και η τρίτη από τα 200m μέχρι τα 100m αντίστοιχα. Η ταχύτητα ροής άρχισε να αυξάνεται στα 600m, στα 400m και στα 200m από το τέλος του αγωγού λόγω της στένωσης και στην έξοδο τους μειωνόταν μέχρι την επόμενη στένωση ή μέχρι την κατάληξη του αγωγού με τελική ταχύτητα ροής ίδιας με αυτής του τρίτου σεναρίου. Παρατηρούνται τρία υδραυλικά άλματα, ένα σε κάθε στένωση. Το βάθος ροής αυξομειώθηκε σημαντικά στις στενώσεις και στις εξόδους τους και μετά την τελευταία έξοδο στένωσης κατέληξε στο ίδιο βάθος ροής του τρίτου σεναρίου. Η γραμμή ενέργειας αυξομειώθηκε σχετικά ομαλά. ABSTRACT This thesis focuses on the narrowing of two open rectangular channels by performing a numerical sim ulation of river sections 100 and 700 meters long using the hydraulic software HEC-RAS, studying the critical depth. Initially, general knowledge about open channels, their narrowing, and the theoretical background of HEC-RAS with its fundamental equations are presented, followed by a study on the aforementioned open channels. Each scenario was analyzed based on hydraulic parameters such as flow velocity and depth, Froude number, energy grade line, intermediate cross-sections, and flow type, followed by a comparison be tween the scenarios. In the first scenario of a 100m rectangular channel, the flow velocities remained low and the flow depth remained constant throughout the section. The energy grade line was very smooth. In the second scenario of a 100m rectangular channel (flow starts from right to left, i.e., from 100 to 0), narrowing begins from 60m to 40m from the end of the channel. The flow velocity began to increase at 60m from the end of the channel due to the narrowing and decreased at the exit, ending with the same flow velocity as in the first scenario. A hydraulic jump is observed at the narrowing. The flow depth significantly decreased at the narrowing and then returned to the same flow depth as the first scenario after the exit. The energy grade line fluctuated relatively smoothly. In the third scenario of a 700m rectangular channel, the flow velocities remained low, and the flow depth remained constant throughout the section. The energy grade line had a gentle slope. In the fourth scenario of a 700m rectangular channel (flow starts from right to left, from 700 to 0), nar rowing begins from 400m to 300m from the end of the channel. The flow velocity began to increase at 400m from the end of the channel due to the narrowing and decreased at the exit, ending with the same flow velocity as in the third scenario. A hydraulic jump is observed at the narrowing. The flow depth significantly decreased at the narrowing and then returned to the same flow depth as the third scenario after the exit. The energy grade line fluctuated relatively smoothly. 5 In the fifth scenario of a 700m rectangular channel (flow starts from right to left, from 700 to 0), there are three successive narrowings starting from 600m to 500m, from 400m to 300m, and from 200m to 100m, respectively. The flow velocity began to increase at 600m, 400m, and 200m from the end of the channel due to the narrowing and decreased at the exits until the next narrowing or the end of the chan nel, ending with the same flow velocity as in the third scenario. Three hydraulic jumps are observed, one at each narrowing. The flow depth fluctuated significantly at the narrowings and their exits and, af ter the last narrowing exit, ended at the same flow depth as in the third scenario. The energy grade line fluctuated relatively smoothly.