طراحی کانال

• سازه‌های انتقال آب از منبع به محل مصرف (‌مزرعه، شهر و …) مورد استفاده قرار می‌گیرند. جریان مایع در یک مجرا ممکن است به دو صورت تحت‌فشار (لوله) یا جریان آزاد (کانال) صورت پذیرد. پس طراحی هیدرولیک مجاری را به هیدرولیک لوله‌ها و هیدرولیک طراحی کانال‌ ، می‌توان تقسیم‌بندی نمود.
• در جریان لوله‌ها که جریان در یک مجرای بسته نیز نامیده می‌شود، تمام مایع، درون یک مرز جامد محصور شده است، مرزهای حرکت مایع در تماس با جدار جامد می‌باشد ولی در طراحی کانال‌ ها مایع در حرکت، در تمام مرزها در تماس با جدار جامد نمی‌باشد بلکه یک مرز جریان در تمام مسیر در معرض فشار اتمسفر قرار دارد.
• سازه های انتقال آب، برای انتقال آب از منبع به محل مصرف (مزرعه، شهر) مورد استفاده قرار می گیرند. برای این منظور می توان از کانال باز و لوله استفاده کرد. در مواقعی که از کانال باز استفاده می کنیم معمولا ناهمواری های سطح زمین، موانع و تاسیسات طبیعی و مصنوعی موجود لازم است، از ساختمان هایی برای عبور دادن آب در طول مسیر کانال بهره برد. ظرفیت طراحی کانال آبیاری بوسیله حداکثر آب مورد تقاضا تعیین می شود که به موارد زیر بستگی دارد.

مفاهیم اولیه و طراحی کانال

ظرفیت طراحی کانال آبیاری بوسیله حداکثر آب مورد تقاضا تعیین می شود که به موارد زیر بستگی دارد:

1. مقدار سطحی مورد نظر برای آبیاری (وسعت اراضی).
2. نوع محصولات مورد نظر برای کشت (الگوی کشت).
3. تناوب یا سیستم تقاضا برای دهانه آبگیر مزرعه.
4. تلفات آب به دلیل تبخیر و نفوذ (تلفات تبخیر را 2 درصد از کل تلفات نشت در نظر می گیرند).
5. راندمان که باید در توزیع آب برای محصولات کشاورزی تامین گردد. 

 

نکات طراحی کانال باز

با توجه به درجه آزادی بیشتر محاسبات طراحی کانال نسبت به مجاری تحت فشار از پیچیدگی بیشتری برخوردار خواهد بود. طراحی مجراهای انتقال آب با سطح آزاد، شامل دو بخش هیدرولیکی و طرح سازه ای می باشد که باید به طور همزمان صورت گیرند. منظور از طرح های هیدرولیکی مجراها، تعیین مسیر و شکل مقطع آن هاست. چگونگی شکل مقطع مجرا، خود تحت تاثیر عوامل مختلفی چون ظرفیت، سرعت بهینه جریان، پایداری و نقطه نظر بهره برداری – نگهداری است.

ارتفاع آزاد (Freeboard)

منظور از ارتفاع آزاد در مجاری رو باز بخشی از مجراست که بالاتر از تراز بیشینه آب پیش بینی شده است. عمق آزاد برای طراحی کانال های پوشش نشده معمولا 0.3 متر و برای کانال های فرعی کوچک با عمق جریان کم تا 1.2 متر برای کانال های با دبی 85 متر مکعب در ثانیه تغییر می کند.

شیب طولی

اصولا شیب کف کانال باز باید در حدی باشد که جریان در طراحی کانال به جز در موارد بسیار خاص، زیر بحرانی باشد. شیب کف کانال نیز باید در حدی باشد که سرعت آب در کانال باعث رسوب و یا بر عکس آن، فرسایش نشود. توجه داشته باشید که مقادیر شیب طولی عموما بین 0.00025 تا 0.0001 تغییر می کند.

مناسب ترین مقطع هیدرولیکی

در یک سطح مقطع جریان معین با مقادیر n، s و A ثابت، سرعت و دبی انتقالی کانال هنگامی حداکثر است که پیرامون خیس شده حداقل باشد. برای مقاطع ذوزنقه ای که در عمل بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، بهترین مقطع هیدرولیکی (با شیب جانبی معین) طراحی کانال زمانی حاصل می شود که نسبت عرض در کف و عمق آب به صورت رابطه زیر باشد. در صورتی که z هم به عنوان متغیر در نظر گرفته شود، بهترین مقطع هیدرولیکی زمانی حاصل می شود که z=cot60 باشد.

شیب جانبی کانال

کانال های با مقطع مستطیلی علاوه بر سادگی محاسبات، فاقد اولویت های اجرایی و نگهداری هستند لذا تنها در مصالح سنگی با لایه ضخیم و وسیع از این مقطع استفاده می شود. مقطع مثلثی به علت ظرفیت انتقال تحت آن تنها در حاشیه آبراهه های خیابان ها کاربرد دارند. اما در طراحی کانال های ذوزنقه ای از هر لحاظ مناسب هستند. به طور کلی شیب جانبی برای کانال هایی که درون زمین حفر می شوند، تندتر از شیب جانبی کانال های احداث شده روی خاکریز، در نظر گرفته می شود. همچنین شیب جانبی کانال های زهکش تندتر از شیب جانبی کانال های آبیاری انتخاب می شود.

 

نرم افزار های طراحی کانال

نرم افزار کانال جهت بهره برداری در مهندسی هیدرولیک و به منظور انجام محاسبات ساده جریان یکنواخت برای طراحی کانال های ذورنقه ای، مستطیلی و مثلثی استفاده شده است. در این نرم افزار از بین فاکتور های هیدرولیکی یک کانال ذوزنقه ای که دارای جریان یکنواخت است، یکی را به عنوان متغیر انتخاب می کنیم و برای بازه ای از تغییرات فاکتورهای هیدرولیکی را به دست می آوریم.

 

انواع روش های طراحی کانال

کانال ها یکی از مهمترین اجزای سیستم تهویه مطبوع هوا هستند، به این معنی که بدون وجود یک کانال مناسب سیستم تهویه کارایی مطلوبی نخواهد داشت. برای طراحی کانال عموما مقاطع گرد و یا چهارگوش هستند، کانال های با مقطع گرد دارای افت فشار و سر و صدای کمتر و راندمان بالاتر هستند اما در فضاهای که دارای محدودیت ابعاد هستند کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.کانال های با مقطع چهارگوش از افت فشار، سروصدای بیشتر و راندمان پایین تری برخوردار هستند اما به دلیل شرایط طراحی کانال ، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.

در یک کانال چهار گوش برای طراحی کانال می توان با کاهش یکی از اضلاع مقطع کانال و افزودن به ظلع دیگر مشکل محدودیت طول و عرض یا ارتفاع را مرتفع کند. نکته مهم این است که می بایست نسبت طول به عرض مقطع کانال از ۱ به ۶ فراتر نرود. طراحی کانال هایی که برای مکش هوا مورد استفاده قرار می گیرند، بهتر است از ورق هایی با ضخامت بیشتر و اتصالات فلنچ که محکم تر هستند، ساخته شوند تا کانال دچار ضربان نشده و ایجاد سروصدا نکند.