در مجاری باز، ورود هوا باعث افزایش در عمق آب می‌شود.
در سرریزهای شوت، هوای نزدیک کف می‌تواند باعث افزایش سرعت جریان شود.
در مجاری بسته، برای جریان عبوری از یک مقطع مشخص حضور هوا منجر به تغییر در دبی آب یا توزیع فشار سیستم می‌شود.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
حضور هوا بر کارایی سیستم هیدرولیکی تأثیر معکوس دارد.
در جریانهای هیدرولیکی واسطهای[۲۴]، امواج فشاری به صورت قابل ملاحظه توسط هوا مستهلک میشوند.
تجمع هوا در یک سیستم هیدرولیکی می‌تواند منجر به قطع جریان شود که به این اثرات blow-out یا blow-back گفته می‌شود.
حضور حبابهای هوا منجر به تشدید انتقال اکسیژن و نیتروژن می‌شود تا آب به حالت اشباع کامل برسد.
ورود هوا به داخل جریان، بسته به شرایط می تواند مفید یا مضر باشد. از جمله مزایایی که ورود حباب هوا به داخل جریان دارد میتوان به پیشگیری از وقوع کاویتاسیون، اکسیژن زایی و کاهش سرعت موج‌های فشاری اشاره کرد و از جمله معایب آن تأثیرات سوء آن بر عملکرد پمپ‌ها، سازه‌های آبگیر و در سیستم‌های انتقال آب تحت فشار میباشد. (Wood, 1991)
پیشینه موضوع تحقیق
در پی خرابی‌های ناشی از کاویتاسیون مطالعات آزمایشگاهی و عددی بسیار گستردهای در مورد راه‌های پیشگیری و جلوگیری از صدمات ناشی از کاویتاسیون به سازه‌های هیدرولیکی انجام گرفته که از جمله این تحقیقات میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
پترکا[۲۵] (۱۹۵۳) تحقیقات گستردهی آزمایشگاهی جهت تعیین نقش هوادهی به جریان را در کاهش خسارات ناشی از کاویتاسیون انجام داد. این آزمایشات در داخل یک ونتوری در طول دو ساعت و با سرعت جریان در گلوگاه ونتوری بیش از m/s 30 ، در دو حالت با تزریق و بدون تزریق هوا روی نمونههای بتنی صورت گرفت. به ازای غلظت هوای ۲% افت وزنی نمونههای بتنی در اثر کاویتاسیون بسیار کاهش یافته و برای غلظتهای ۶% تا ۸% این افت قابل اندازه گیری نبود. بر اساس نتایج این آزمایشات مقدار غلظت هوای ۵% تا ۸% برای پیشگیری از کاویتاسیون و کاهش خسارات آن در سطوح بتنی توصیه شد. امروزه نیز در بسیاری از تحقیقات بر روی این موضوع، اغلب مقادیر توصیه شده توسط پترکا ارائه شده و به عنوان معیار هوادهی در نظر گرفته می شود. (شکل ۲-۶) (Wood, 1991)
راسموسن[۲۶] (۱۹۵۶) آزمایشاتی بر روی جریان دو فازه (مخلوط آب و هوا) برای بررسی تاثیر آن در پیشگیری از پدیده کاویتاسیون انجام داده است. در این تحقیق آزمایشگاهی دو روش، یکی دیسک چرخان با سرعت بالا در داخل آب و دیگری جریان مشابه آزمایش پترکا مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که در هر دو نمونه مورد آزمایش مقدار هوای ۸% تا ۱۰% برای از بین بردن کامل پدیده کاویتاسیون مناسب میباشد. (Krammer, 2004)
شکل ۲‑۶- تاثیر ورود هوا در کاهش تخریب نمونه بتنی (Wood, 1991)
روزانوف و کاوشینکف[۲۷] (۱۹۷۳) مطالعات وسیعی در مورد خسارات ناشی از کاویتاسیون بر روی مستهلک کننده های انرژی در حوضچههای آرامش انجام دادند. اندازه گیریهای روی مدل و نمونه اصلی نشان داد که وقوع کاویتاسیون در اثر نوسانات فشار حتی اگر میانگین فشار بزرگتر از فشار بخار مایع باشد، امکان پذیر خواهد بود. در نتیجه این آزمایشات مشخص شد که تزریق مقدار هوای ۲۵/۱% تا ۲% به منطقه با فشار کم (ناحیه کاویتاسیون)، خسارت ناشی از کاویتاسیون را تا ۵/۲% کاهش داده و برای مقدار هوای ۶% تا ۷% بلوکهای مستهلک کننده متحمل هیچگونه خسارتی نخواهند شد. (Krammer, 2004)
راسل و شیهان[۲۸] (۱۹۷۴) تحقیقات آزمایشگاهی خود را بر روی نمونههای بتنی با مقاومت فشاری مختلف جهت تعیین درصد هوای مناسب برای حذف خسارت کاویتاسیون انجام دادند. در این آزمایشات مقاومت نمونه بتنی از Mpa 10 تا Mpa 20 در نظر گرفته شد و تاثیر هوادهی بر جریان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که وجود ۸/۲% هوا جهت حذف خسارات ناشی از کاویتاسیون در نمونههای مورد آزمایش کافی میباشد. با اینحال آنها بیان کردند که مقدار هوای واقعی برای جلوگیری از خسارت پدیده کاویتاسیون در شرایط مختلف به پارامترهای گوناگونی وابسته میباشد. همچنین قابل ذکر است که در این آزمایشات تنها غلظت هوای متوسط برای کل حجم محاسبه شده و مقدار غلظت موضعی هوا برای منطقه خسارت دیده مشخص نشده است. (Krammer, 2004)
کین[۲۹] (۱۹۷۸) مطالعاتی بر روی یک مدل واقعی سرریز جهت یافتن تأثیر هوادهی در جلوگیری از تخریب ناشی از کاویتاسیون انجام داد. این تحقیقات بر اساس نظریه‌ی کاهش خسارات ناشی از کاویتاسیون با هوادهی به جریان به علت کاهش سرعت صوت در مخلوط آب و هوا صورت پذیرفت. همانطور که در شکل (۲-۷) مشهود است با افزایش غلظت هوای جریان از ۰% تا ۱۰%، سرعت صوت با شدت زیادی از m/s1460 به m/s50 کاهش یافته است. نتایج بدست آمده از این آزمایشات مشخص کرد که اگر غلظت هوا در نزدیک بستر بیش از ۱% تا ۲% باشد تخریب ناشی از کاویتاسیون کاهش‌یافته و به ازای غلظت هوای ۵% تا ۱۰% تخریبی رخ نمی‌دهد. شکل (۲-۷) (Wood, 1991)
شکل ۲‑۷- تاثیر هوادهی به جریان در کاهش سرعت صوت (Wood, 1991)
سمنکوو و اسکلکوو[۳۰] (۱۹۸۰) بررسیهای تئوریکی و آزمایشگاهی روی هوادهی جریان، انواع هوادهها و تاثیر این سازهها بر روی جریان انجام دادند. در این آزمایشات ویژگی‌های هندسی مانند ارتفاع و زاویه هواده برای انواع هوادهها مثل رمپ، پله و ترکیب آنها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیقات مشخص نمود که هوادهی به جریان اقتصادی‌ترین راه مقابله با تخریب‌های ناشی از کاویتاسیون میباشد ولی انتخاب نوع هواده بسته به شرایط به پارامترهای مختلفی وابسته میباشد.
اروین[۳۱] و همکاران (۱۹۸۰) در طی آزمایشاتی به بررسی تاثیر سرعت و مقدار هوای ورودی توسط جت برخوردی دایروی به سطح آب بر شدت توربولانسی پرداختند. در طی این آزمایشات مشخص شد که ورود هوا توسط جریان جت به آب باعث کاهش شدت توربولانسی شده و با افزایش مقدار هوای ورودی به جریان از شدت توربولانسی کاسته می شود. (شکل ۲-۸) (Wood, 1991)
شکل ۲‑۸- تغییرات شدت توربولانسی بر اساس سرعت هوای ورودی به جریان (Ervin et al., 1980)
کن و گارود[۳۲] (۱۹۸۱) مطالعاتی در مورد علل تخریب سرریز تونلی سد تاربلا پاکستان انجام دادهاند. در نتیجه این مطالعات نشان داده شد که خسارات رخ داده در جداره بتنی تونل این سد ناشی از بروز پدیده کاویتاسیون در اثر جریانهای برشی شدید حاصله به همراه سرعت بالای m/s 30 جریان و نوسانات فشار بوده است. تونل انتقال آب سد تاربلا دارای سه دریچه در دهانه ورودی بوده که به هنگام وقوع حادثه دریچه میانی باز و دو دریچه کناری بسته بودند. با نوسانات فشار و همچنین برقراری جریان برشی شدید در مجاورت پایه های ورودی تونل و تشکیل جریانهای گردابی، حبابهای کاویتاسیون تولید شده و به همراه جریان به مناطق پاییندست (دارای فشار بالا) حمل شده و در آن منطقه منفجر شدند و در نتیجه، طی گذشت زمان پوشش بتنی جداره داخلی تونل دچار خوردگی شدید شده است.
چانسون[۳۳] (۱۹۸۹) تحقیقات آزمایشگاهی خود را جهت تعیین غلظتهای هوای ورودی به جریان در اثر دو نوع هواده انجام داد. در این آزمایشات که روی مدل هیدرولیکی سرریز آزاد سد کلاید با مقیاس ۱:۱۵ انجام گرفت، اعداد فرود جریان در مدل بین ۳ تا ۲۵ و سرعت ورودی m/s 3 تا m/s 14 بوده است. دو نوع هواده اولی شامل ترکیبی از رمپ با زاویه ۷/۵ درجه و پله به ارتفاع mm 30 و دومی تنها شامل پلهای به ارتفاع mm 30 به طور جداگانه در مدل تعبیه و وضعیت جریان در پاییندست هوادهها و جریان هوادهی مورد بررسی قرار گرفتند. در نتیجه این آزمایشات در منطقه با جریان متغیر تدریجی، تحلیل جریان بر اساس معادلات پیوستگی و انرژی منجر به بدست آمدن دو معادله دیفرانسیلی شده که میتوانند برای تعیین ورود هوا به داخل جریان سرریز آزاد در روشهای عددی به کار گرفته شوند. همچنین پیش بینی غلظت هوای جریان توسط این روش بسیار قابل اعتماد بوده و می تواند در محاسبه فاصله بین هوادهها مورد استفاده قرار گیرد.
چانسون (۱۹۸۹) با انجام مطالعاتی روند ورود هوا به داخل جریان توسط هوادهها را مورد بررسی قرار داد. در این تحقیقات که بر روی مدل یک سرریز شوت با سرعت بالا (m/s 4 تا m/s 15) صورت پذیرفت، نحوه ورود هوا به داخل جریان به طور مفصل مورد بحث قرار گرفت و روابط جدیدی برای تعیین غلظت هوای ورودی به جریان و اندازه گیری سرعت جریان ارائه شد. نتایج این مطالعات مشخص کرد که مقدار هوای ورودی به جریان وابسته به اختلاف فشار داخل فضای کاویتی و خارج آن است و همچنین در مورد کاویتی پاییندست هواده و موقعیت نقطه برخورد روابطی ارائه شد.
وود[۳۴] و همکاران (۱۹۹۱) مطالعات گستردهای در رابطه با هوادهی سطحی و اجباری به جریان انجام دادند. در این مطالعات تاثیر ورود هوا بر میدانهای فشار و سرعت و همچنین توربولانس جریان مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که ورود هوا به داخل جریان باعث افزایش سرعت جریان می شود. تغییرات فشار جریان در کف کانال به صورت کیفی مشابه شکل (۲-۸) بوده که در اثر ورود هوا به داخل جریان، فشار موضعی خصوصا در ناحیه چرخش که دارای فشار منفی است، افزایش مییابد.
شکل ۲‑۹- نواحی مختلف جریان و دیاگرام توزیع فشار در کف (Wood, 1991)
اروین و همکاران (۱۹۹۵) آزمایشاتی بر روی هواده نصب شده بر روی سرریزها به منظور بررسی تأثیر هندسه‌ی رمپ هواده بر وضعیت هوادهی جریان و همچنین وضعیت توربولانسی جریان انجام دادند. این آزمایشات روی یک سرریز آزاد با شیب طولی بستر ۴۵ درجه و به ازاء سه زاویه‌ی مختلف برای رمپ هواده، انجام شد. نتایج این آزمایشات نشان میدهد که در حالت کلی وجود رمپ هواده معمولا ۲۰ تا ۳۰ درصد اغتشاش اضافی در جریان به وجود می‌آورد و همچنین رمپ‌های با زاویه‌ی بزرگتر اغتشاش بیشتری نسبت به رمپ‌های با زاویه‌ی کوچکتر ایجاد می‌کنند. (شکل ۲-۹)
شکل ۲‑۱۰- تغییرات شدت توربولانسی در طول جت جریان پاییندست رمپ هواده سرریز آزاد (Ervin et al., 1995)
دانگ[۳۵] و همکاران (۲۰۰۵) با انجام تحقیقات آزمایشگاهی به مقایسهی وضعیت جریان در دو حالت با هوادهی و بدون هوادهی و تأثیر هوادهی در جلوگیری از خرابی ناشی از کاویتاسیون پرداختند. آزمایشات در یک تونل آب که شامل چهار مقطع متوالی که به ترتیب مقطع هوادهی، مقطع جمع شونده، مقطع مشاهده و مقطع پخش شونده نامگذاری شده بود، انجام گرفت. با ورود هوا به داخل جریان، وضعیت جریان با توجه به پارامترهای تغییرات فشار و اندیس کاویتاسیون در مقطع مشاهده مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه آزمایشات حاکی از این است که هوای وارد شده به جریان، فشار در ناحیه‌ی کاویتاسیون یا همان مقطع مشاهده را به طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش میدهد و همچنین با رسم نمودار موج فشاری ناشی از انفجار حبابهای کاویتاسیون در دو حالت با هوادهی و بدون هوادهی جریان نشان داده شد که این نمودار شکلی به صورت پله به خود می‌گیرد که ناشی از کاهش قدرت موج فشاری در اثر ورود هوا میباشد.
چانسون و همکاران (۲۰۰۶) آزمایشات گستردهای جهت تعیین تاثیر حضور پایاب بر مشخصههای هیدرولیکی جریان سرریز انجام دادند. با مدلسازی عددی مدل آزمایشگاهی، مطالعات بر روی هر دو مدل صورت گرفت. بر روی مدل آزمایشگاهی سرریز ۵ حالت و بر روی مدل عددی ۴ حالت برای برای عبور جریان با تغییر در هر ورودی به سرریز و عمقهای متفاوت پایاب صورت گرفت. مقادیر حاصله از مدلهای هیدرولیکی و عددی برای مشخصههای جریان مانند دبی جریان، فشارهای نسبی و فشارهای مطلق با یکدیگر مقایسه شدند. مقایسه نتایج دبی جریان در مدل هیدرولیکی و عددی بیانگر نتایج مورد قبول مدل عددی در پیش بینی وضعیت جریان میباشد. همچنین فشارهای حاصله از مدل عددی نیز بیانگر توانایی قابل قبول این مدل در سرریزهای دارای پایاب میباشد. اگرچه مدل عددی خود دارای محدودیتهایی میباشد اما قابلیت این را دارد که در نقاطی که امکان برداشت نتایج در مدل هیدرولیکی وجود ندارد تغییرات و گرادیان پارامترها را به دقت محاسبه کند.
شمسایی و سلیمانزاده (۲۰۰۶) در طی مطالعات عددی به شبیهسازی جریان آب و هوا در مدل آزمایشگاهی یک تخلیه کننده تحتانی پرداختند. در این تحقیقات از نتایج مدل آزمایشگاهی اسپیرلی و هگر (Speerli and Hager, 2000) استفاده شده و شبیهسازی عددی جریان دو فازی آب و هوا برای آن صورت گرفت. پارامترهای مختلف حاصله از مدل عددی برای جریان با نتایج مدل آزمایشگاهی مقایسه شدند. نتایج این شبیهسازی نشان داد که توانایی مدل عددی در تخمین پارامترهای مشخص کننده وضعیت جریان مانند دبی جریان، اندیس کاویتاسیون، غلظت هوا و توزیع هوا در مقاطع مختلف قابل قبول بوده به طوری که مدل عددی این پارامترها را با اختلاف ناچیزی نسبت به نتایج آزمایشگاهی تخمین زده است.
دانگ (۲۰۰۶) تحقیقات آزمایشگاهی خود را در مورد کنترل کاویتاسیون به وسیله هوادهی به جریان در سریزهای آزاد انجام داد. این آزمایشات در سرعتهای متفاوت m/s 20 تا m/s 50 در دو حالت با هوادهی و بدون هوادهی صورت گرفته و در طی آن مقادیر موج فشاری در هر دو حالت اندازه گیری شد. نتایج این آزمایشات مشخص نمود که نمودار موج فشاری در حالت با هوادهی و بدون هوادهی در ناحیه کاویتاسیون، دارای پله است و هوادهی به جریان به طور قابل توجهی فشار در این ناحیه را افزایش میدهد. همچنین در این تحقیقات رابطهای بین حداقل غلظت هوا جهت پیشگیری از کاویتاسیون و سرعت جریان ارائه شد.
درگاهی (۲۰۰۶) به صورت سه بعدی و توسط نرمافزار Fluent به شبیه سازی جریان عبوری از روی سرریز اوجی و تعیین سطح آزاد جریان و پروفیلهای سرعت در ازای استفاده از مدلهای توربولانسی و توابع دیواره مختلف، پرداخته است. پارامترهای اصلی جریان دارای تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی هستند با این حال این تطابق وابستگی فراوانی به انتخاب اندازه شبکه، مدل توربولانسی، تابع دیواره و عدد رینولدز دارد. نتایج این تحقیقات ثابت کرد که در سرریزها استفاده از شبکه های به نسبت کوچکتر در نزدیکی دیواره از اهمیت بیشتری برخوردار است. مدل توربولانسی RNG k-ε نیز نتایج بهتری نسبت به مدلهای دیگر برای میدان سرعت در نزدیکی دیوارهها ارائه میدهد با این حال انتخاب تابع دیواره مناسب برای مرزهای صلب از اهمیت بیشتری در مقایسه با نوع مدل توربولانسی برخوردار است. در کل تعیین سطح آزاد آب با اختلاف ۵/۱% تا ۹/۲% نسبت به داده های آزمایشگاهی در هدهای مختلف سرریز به خوبی امکان پذیر بود.
روآن[۳۶] و همکاران (۲۰۰۷) با انجام تحقیقات آزمایشگاهی به مقایسهی عملکرد دو نوع هواده دارای رمپ و همچنین رمپ به همراه گروو در دو طرح مختلف در یک سرریز تونلی با توجه به پارامترهای طول کاویتی، دبی هوای ورودی و غلظت هوا در درون جریان آب پرداختند. در شکل (۲-۱۱) محل قرارگیری هوادهها و در شکل (۲-۱۲) طرح هوادههای به کار رفته نمایش داده شده است.
شکل ۲‑۱۱- سرریز تونلی همراه با هواده (Ruan et al., 2007)
شکل ۲‑۱۲- طرح شماره ۱ (سمت راست) و طرح شماره ۲ (سمت چپ) (Ruan et al., 2007)
طرح شماره ۱ شامل دو هواده رمپ به همراه گروو و طرح شماره ۲ شامل دو هواده رمپ میباشد. نتایج آزمایشات نشان داد که با توجه به پارامترهای جریان مثل طول کاویتی، دبی هوای ورودی به جریان آب و غلظت هوای وارد شده به جریان در پاییندست هواده، هر دو هواده در طرح شماره ۲ عملکرد بهتری نسبت به طرح شماره ۱ داشته و همچنین مشخص شد که برای سرریزهای تونلی، شکل و اندازه‌ی هوادهها نیازمند طراحی خاص میباشد زیرا در پروژه‌های مختلف، شرایط مختلفی برای دبی جریان، سرعت، شیب کف و طول سرریز تونلی وجود دارد. طرح به کار رفته در این آزمایش (طرح شماره ۲) می‌تواند با افزایش فضای کاویتی، طول کاویتاسیون، دبی هوای ورودی و غلظت هوا در نزدیکی کف، از سرریزهای تونلی در برابر کاویتاسیون محافظت نماید.
وو و روآن[۳۷] (۲۰۰۷) در طی مطالعات خود با ارائه معادلات جدید و حل آنها به بررسی زاویه جریان عبوری از روی هوادهها پرداختند. آنها معادلات خود را در رابطه با طول کاویتی پاییندست هواده و زاویه جریان عبوری از روی هواده برای دو نوع هواده دارای رمپ و پله ارائه دادند. در این معادلات دو پارامتر موثر در زاویه جریان عبوری از روی هواده، یعنی عمق و مؤلفه های سرعت جریان، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصله با روشهای محققین دیگر در تخمین زاویه جریان و نتایج مدل آزمایشگاهی مقایسه شد. در نتیجه این مطالعات مشخص شد که در هواده رمپ، زاویه جریان عبوری از روی هواده وابستگی زیادی به عمق جریان روی رمپ و مؤلفه های سرعت دارد اما در هواده پله این زاویه به عمق جریان وابسته نبوده و فقط تابع مؤلفه های سرعت جریان میباشد.
سو[۳۸] و همکاران (۲۰۰۹) آزمایشاتی بر روی یک نوع جدید هواده جهت بررسی عملکرد آن در جریانهای با عدد فرود پایین و شیب کف کانال ملایم انجام دادند. این آزمایشات در یک تونل آب بر روی یک هواده جدید که هواده ذوزنقهای شیاردار با مقطع شیبدار نامگذاری شده بود، صورت گرفت. در طی این آزمایشات مشخصات جریان هوادهی شده توسط این هواده مانند الگوی جریان، شکل کاویتی، غلظت هوا در نزدیکی کف، توزیع فشار در کف تونل و سرعت هوا مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد که این هواده به علت ایجاد سطح تماس بزرگ بین آب و هوا، قادر است حجم هوای ورودی به جریان را افزایش داده و در نتیجه شرایط هوادهی را بهبود ببخشد. همچنین این هواده توانایی پایدار سازی کاویتی پاییندست هواده را داشته و طول آن را افزایش میدهد.
محقق و وو (۲۰۰۹) با انجام آزمایشاتی به بررسی تاثیر پارامترهای هیدرولیکی و هندسی بر روی طول کاویتی پاییندست دریچه سرویس تونل تخلیه پرداختند. در این آزمایشات رابطه L/d=f(Fr, ts/d, , α) ارائه شد که حاکی از وابستگی طول کاویتی به عدد فرود جریان، ارتفاع پله، شیب کف تونل و زاویه جداره فوقانی تونل قبل از دریچه سرویس میباشد. در جدول (۲-۲) مشخصات هندسی تونل در حالتهای مختلف آزمایش آمده است. در نتیجه این آزمایشات مشخص شد که افزایش عدد فرود جریان، ارتفاع پله، شیب کف و زاویه جداره فوقانی باعث افزایش طول کاویتی پاییندست میشوند که نقش شیب کف تونل برجستهتر میباشد. (شکل ۲-۱۳)
جدول ۲‑۲- مشخصات هندسی تونل (Mohaghegh and wu, 2009)
(a) (b)
©
شکل ۲‑۱۳- تاثیر پارامترهای هندسی (a) زاویه جداره فوقانی تونل، (b) شیب کف تونل، © ارتفاع پله
بر طول کاویتی پاییندست (Mohaghegh and Wu, 2009)
فیشر و هگر[۳۹] (۲۰۱۰) با تحقیقات آزمایشگاهی وسیعی روی مدل هیدرولیکی سرریز آزاد به تعیین خصوصیات جریان هوادهی شده از جمله غلظت هوا در نواحی نزدیک هواده و دورتر از آن پرداختند. این آزمایشات برای دامنه گستردهای از هندسههای مختلف هواده و پارامترهای هیدرولیکی صورت گرفت. در این تحقیق شرایط جریان بعد از هواده به سه منطقه جت پرتاب، ناحیه برخورد جریان به کف و منطقه دور از هواده تقسیم شده است. در نتیجه این آزمایشات مقادیر غلظتهای هوای ورودی از سطح جریان، غلظت هوای ورودی از کاویتی و مقدار میانگین غلظت در مقطع عرضی برای هر سه منطقه نامبرده ارائه شد. مقادیر غلظت هوای جریان در نزدیکی کف دارای حداکثر مقدار خود بوده و تا نقطه برخورد جت ادامه داشته و از نقطه برخورد جت این غلظت کاهش مییابد. همچنین گرادیان هوادهی بالایی نیز در محل برخورد جت به کف سرریز مشاهده گشت.
ژنگ[۴۰] و همکاران (۲۰۱۱) در طی تحقیقات گستردهی آزمایشگاهی و عددی با شبیهسازی عددی سه بعدی جریان هوادهی شده بعد از هواده در یک تونل، به بررسی و مقایسهی روشهای VOF و Mixture پرداختند. در این تحقیقات با تحلیل عددی جریان در نزدیکی هواده، مقایسهی نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت که در آن وضعیت جریان با توجه به پارامترهای جریان مانند طول کاویتی و مقادیر متوسط فشار در پاییندست هواده، به ازائ هر دو روش عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این مطالعات نشان داد که هر دو روش با دقت خوبی سطح آزاد آب و طول کاویتی را محاسبه می‌کنند. غلظت هوای درون آب و مقادیر متوسط فشار پاییندست هواده بدست آمده از مدل توربولانسی Mixture خطای کمتری نسبت به نتایج آزمایشگاهی دارد.
فیشر (۲۰۱۱) با انجام تحقیقات آزمایشگاهی به تعیین مشخصههای هیدرولیکی جریان دو فازی در سرریز آزاد دارای سازه هواده پرداخته است. در این آزمایشات تغییرات مشخصههای هیدرولیکی جریان دو فازی از جمله ضریب هوادهی و طول کاویتی نسبت به دو پارامتر مهم زاویه دفلکتور و مقدار زیرفشار داخل کاویتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحقیق نشان میدهد که دفلکتورهای با زاویه بزرگتر عملکرد بهتری در وارد کردن درصد هوای بیشتر به جریان دارند و همچنین افزایش زاویه دفلکتور (α) باعث افزایش طول نسبی کاویتی (L/h0) می شود. (شکل ۲-۱۴) با افزایش زیرفشار داخل کاویتی شکل گرفته بلافاصله در پاییندست رمپ، طول کاویتی و ضریب هوادهی کاهش مییابند. (شکل ۲-۱۵) در این شکلها h0 ارتفاع جریان روی رمپ، LM ماکزیمم طول کاویتی و P زیرفشار داخل کاویتی میباشد.
وو و همکاران (۲۰۱۱) تاثیر پارامترهای هندسی هواده را بر روی مقادیر آب برگشتی به داخل کاویتی تشکیل شده بلافاصله در پاییندست رمپ هواده و طول کاویتی را به صورت آزمایشگاهی در سرریز آزاد مورد مطالعه قرار دادند. نتایج تحقیق مشخص نمود که در اعداد فرود پایین و شیب طولی کم شوت، آب برگشتی ناشی از برخورد جت عبوری از روی رمپ هواده به کف شوت می تواند کاویتی پاییندست هواده را پر نموده و موجب بروز کاویتاسیون گردد. نتایج این تحقیق مشخص نمود که مقدار آب برگشتی به داخل کاویتی به طول کاویتی تشکیل شده در پاییندست رمپ وابسته بوده و برای هوادههای با ارتفاع بزرگتر یا زاویه رمپ بیشتر مقدار طول کاویتی بزرگتر میباشد.
