سرریز V notch (ویناچ) چیست و چه کاربرد‌ هایی دارد؟

سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی یک نوع سازه اندازه­‌گیری جریان در مجاری باز مبتنی بر رابطه دبی اشل است که برای اولین بار در سال ۱۸۳۰ توسط (Philip Baron de las Casas)، مهندسی فرانسوی اختراع شد.

بعد از اختراع اولیه سر‌ریز مثلثی تا به امروز، کاربرد این سازه به دلیل سادگی ساختار، دقت و قابل اعتماد بودن در بسیاری از نیاز‌های آبیاری، تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، و سایر برنامه‌های مرتبط با آب گسترده است.

کاربرد اصلی سازه سر ریز V notch اندازه­‌گیری با دقت بالا برای دبی ­های کم است.

با توجه به اینکه مقدار بازشدگی این سرریز کمتر از سایر سرریزها مانند سرریز مستطیلی است، به ازای یک دبی کم، افزایش عمق بالادست آن قابل توجه است.

بنابراین می­‌توان با دقت بیشتری عمق را قرائت کرد و با توجه به رابطه مستقیم عمق و دبی، می‌توان دبی را با دقت مناسب‌­تری محاسبه کرد.

در ادامه مطلب به این سوالات پاسخ خواهیم داد:

ساختار سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی

---

در شکل (1) شماتیک این سرریز و پارامترهای هندسی آن و همچنین در شکل (2) یک نمونه اجرایی سرریز مثلثی به نمایش درامده است.

در شکل (1)

θ= زاویه رأس شکاف

Y= ارتفاع شکاف از کف کانال بالادست

H= ارتفاع جریان بالادست

که از تفاضل عمق آب کانال در بالادست و عمق رأس شکاف از کف کانال به دست می­آید.

همان­طور که در بخش اندازه­‌گیری جریان در مجاری باز بیان شد، عمق بالادست سرریزها را با مقداری فاصله از خود سازه در جایی که سطح آب افقی است اندازه‌گیری می­‌کنند (معمولاً چهار برابر عمق بالادست روی سرریز).

رایج­ ترین شکل سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی، شکاف با زاویه 90 درجه است. با این حال، بسته به کاربرد خاص و شرایط جریان، سایر زوایا نیز قابل استفاده هستند.

محاسبات رابطه دبی سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی بر مبنای قانون پیوستگی

---

مطابق شکل (3) با در نظر گرفتن یک شماتیک از سرریز مثلثی و جدا کردن یک المان از سیال می­‌توان بر مبنای رابطه پیوستگی، رابطه دبی جریان در سرریز مثلثی را با فرض سرعت بالادست ناچیز محاسبه نمود.

مقدار دبی ایده‌ال این سرریز را می‌­توان به این صورت محاسبه کرد:

مشابه سایر سرریزها، به دلیل در نظر گرفتن فرضیاتی مانند سرعت بالادست ناچیز در محاسبه سرعت از معادله برنولی، انقباض جریان در نزدیکی سرریز، افت و دیگر فرضیات، یک ضریب اصلاحی (c_d) در رابطه دبی ایده‌ال در نظر گرفته می‌شود که به ضریب دبی معروف است.

سپس با حل انتگرال مقدار دبی سرریز مثلثی محاسبه می‌شود.

مشابه سایر سرریزها در این نوع سرریز نیز مقدار ضریب دبی معمولاً به صورت آزمایشگاهی محاسبه می­شود.

مقدار این ضریب برای H > 0.2m و θ < 120⁰ – θ > 40⁰ در حدود 0.58 است و به صورت کلی این ضریب بین 0.58 و 0.62 می­‌باشد.

انواع روش های استفاده از سازه سرریز ویناچ در صنعت

---

سرریز مثلثی بسته به حساسیت مورد نیاز اندازه‌گیری، دقت و فاصله زمانی مورد نیاز برداشت دبی در صنعت به روش های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد.

از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• روش اشل مدرج
• روش پیستون
• استفاده از فلومتر راداری و فلومتر التراسونیک

روش اول: اشل مدرج

اگر هدف برداشت به­ صورت محلی و چشمی باشد می­‌توان این سرریز را مطابق شکل 4(الف) با استفاده از یک اشل مدرج در بالادست و یا مطابق شکل 4(ب) با استفاده از یک خط‌کش مدرج در لبه‌های سرریز تجهیز کرده و عمق آب را بر اساس آن­ها قرائت کرد.

شکل 4- اندازه­‌گیری عمق جریان با استفاده از اشل مدرج در یک سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی

با توجه به رابطه بین دبی و اشل (عمق) می­توان مقدار دبی را مشخص کرد و یا با استفاده از رابطه دبی (رابطه 2) ارائه شده برای سرریز مثلثی در بخش قبل، مقدار دبی را محاسبه کرد.

نکته بسیار مهم:
عمق مورد استفاده در رابطه (2)، عمق بالادست سرریز با یک فاصله مناسب (در فاصله ای که عمق جریان بالادست تحت تأثیر سرریز نبوده و افقی باشد) می ­باشد.

بنابراین وقتی از خط­ کش مدرج در لبه‌های سرریز استفاده می­‌کنیم یا باید منحنی و یا جدول دبی اشل را بر اساس عمق جریان در همین موقعیت داشته باشیم و یا برای استفاده از منحنی دبی اشل بالادست یا رابطه دبی (2) باید عمق لبه سرریز را با یک رابطه‌ به عمق بالادست تعدیل کنیم.

روش دوم: پیستون شناور

یکی دیگر از روش‌های سنجش عمق در سرریزها، استفاده از یک پیستون و یک جسم شناور است.

 این روش خصوصاً در دهه ­های گذشته قبل از پیشرفت تکنولوژی­‌های اندازه­‌گیری غیرتماسی استفاده می­‌شد. با این روش می­توان دبی کانال را به صورت پیوسته اندازه‌­گیری و حتی ثبت و ارسال کرد.

مکانیزم این روش بر مبنای جسم شناور داخل پیستون است به این نحو که با کم و زیاد شدن عمق جریان پشت سرریز، پیستون داخل استوانه در جهت عمودی حرکت کرده و از میزان جابجایی آن می­‌توان اشل پشت سرریز را تعیین کرد.

از این تکنولوژی در سنجش عمق در ایستگاه­‌های آب سنجی رودخانه هم استفاده می­‌شود.

در شکل 5 یک نمونه از برداشت عمق با استفاده از پیستون شناور ارائه شده است.

روش سوم:  دقیق ترین روش |  استفاده از فلومتر های راداری یا اولتراسونیک

در دهه­‌های اخیر با پیشرفت تکنولوژی و توسعه ابزارها و سنسورهای اندازه­‌گیری، در بخش سنجش عمق آب نیز سنسورهای متنوع‌ای ارائه شده است.

سنسورهای اندازه­‌گیری عمق به صورت کلی به دو دسته کلی:

• عمق ­سنج ­های آلتراسونیک
• عمق­ سنج ­های راداری

تقسیم­ بندی می­‌شوند.

این سنسورها برخلاف روش‌های برداشت محلی و چشمی به صورت پیوسته و با هر فاصله زمانی دلخواه امکان برداشت و ارسال اطلاعات به شیوه‌های مختلف را دارند.

یکی از مشکلات روش­‌های مکانیکی تماسی عمق­ سنجی مانند پیستون شناور ارتباط با سیال و پوسیدگی (خصوصاً در سیال‌های صنعتی و خورنده) و نیاز به رسیدگی در مرحله بهره­‌برداری است.

سنسورهای عمق­ سنجی غیرتماسی آلتراسونیک و راداری به دلیل عدم تماس با سیال این محدودیت سنسورهای گذشته را ندارند و علاوه بر دوام بالا، بهره­‌برداری ساده­‌تری نسبت به مکانیزم‌های قبلی دارند.

روش کار سنسور های راداری و التراسونیک :

مکانیزم برداشت این سنسورها به صورت کلی ارسال پیوسته یک موج صوتی یا الکترومغناطیسی به سطح آب می­‌باشد

 از بازگشت این امواج از سطح جدایی دو محیط هوا و سیال می­‌توان برای محاسبه عمق آب استفاده کرد.

مراحل محاسبه دبی توسط سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی تجهیز شده با عمق­‌سنج‌­های راداری و اولتراسونیک

---

سنسورهای نصب شده در بالای مسیر جریان، امواج اولتراسونیک یا راداری را به سمت سطح جریان می‌فرستند.
امواج پس از برخورد به مرز مشترک هوا و سیال، بازتاب آن‌ها به سنسور برمی‌گردد.

عمق‌سنج با استفاده از فاصله زمانی بین موج فرستاده شده و بازتاب شده، می‌تواند فاصله سنسور تا سطح آب محاسبه شود.

از طرفی با توجه به معرفی فاصله سنسور تا کف کانال به سنسور، عمق آب از تفاضل فاصله سنسور با کف کانال و فاصله سنسور تا سطح سیال محاسبه می شود.

در مرحله انتهایی با استفاده از روابطی که در بالا گفته گفتیم، با داشتن عمق جریان، و تعریف منحنی دبی اشل سازه به تابلو مانیتورینگ آن، دبی عبوری از سرریز محاسبه می‌شود.

در شکل 6 شماتیک این روش­‌ها ارائه شده است:

از محدودیت‌های روش‌های غیرتماسی نیز می‌توان نیاز به برق موجود در محل و همچنین هزینه اولیه بالای آن‌ها اشاره کرد.

فلومتر سرریز ویناچ (V notch) یا مثلثی | معرفی بهترین محصولات

---

در زیر سه محصول مناسب سازه های سر ریز مثلی یا V notch را مشاهده می فرمایید.
در صورت نیاز به مشاوره تکمیلی می توانید با ما تماس حاصل فرمایید تا کارشناسان ابزار دقیق ما پاسخگوی شما باشند.