تأثیر فراسنجه های هندسی صفحات ضدگرداب بر هیدرولیک جریان در سرریزهای مدور قائم

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران-دانشگاه شهید اشرفی اصفهانی

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد سازه‌های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی-مهندسی، دانشگاه غیرانتفاعی شهید اشرفی اصفهانی

چکیده

یکی از انواع مهم و کاربردی سرریزها، سرریز مدور قائم است. یکی از مشکلات اصلی سرریزهای مدور قائم ایجاد گرداب‌های قوی در دهانه آن‌ها است. این امر باعث ورود هوا و ایجاد جریان‌های چرخشی در داخل مجرای انتقال می‌شود، که به دنبال آن مشکلات دیگری مانند کاهش ظرفیت آبگیری، افزایش احتمال وقوع کاویتاسیون، لرزش و سر و صدا را در بر خواهد داشت. یکی از روش‌های کاهش اثرات گردابه های مخرب، استفاده از صفحات ضدگرداب است که باعث به‌ تأخیر انداختن جریان گردابی و هدایت خطوط جریان به سمت مرکز شفت می‌شود. مطالعات محدودی روی صفحات ضدگرداب چهارگوشه انجام شده است، این در حالی است که ارزیابی دقیق پارامترهای هندسی صفحات ضد گرداب و تعیین شکل بهینه جهت طراحی نیاز به مطالعات بیشتر دارد. در تحقیق حاضر هیدرولیک جریان روی 25 مدل سرریز مدور قائم به همراه گرداب‌شکن‌های چهارگوشه و دایره‌ای در نرم‌افزار Flow-3D شبیه‌سازی شد. جهت کالیبراسیون مدل از نتایج آزمایشگاهی موجود برای دو مدل مربع و مستطیلی با دو قطر شفت 10 و 5/7 سانتی‌متر استفاده گردید. نتایج نشان داد نرم افزار Flow-3D با خطای کمتر از 8 درصد، قادر به مدل‌سازی جریان است. شبیه‌سازی‌ها برای صفحات ضدگرداب مربعی و دایره‌ای در دبی‌های مختلف انجام گردید و تأثیر ابعاد، تعداد و زاویه قرارگیری آن‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از صفحات ضدگرداب مربعی در ابعاد D×D و تعداد چهار صفحه (4= n) بهترین نتیجه را از نظر کمترین ارتفاع آب روی شفت، عدم وجود هسته هوا و فشار منفی به خود اختصاص داده است.

کلیدواژه‌ها


 
Anwar, H.O., Weller, J.A. and Amphlett, M.B. (1978). Similarity of free-vortex at horizontal intake. J. Hydraulic Research, 16(2), 95-105.
Afshar, A. and Niksefat, Gh.R. (1995). Design of ‎hydraulic structures of small dams. Iran University ‎of Science‏ ‏and‏ ‏Technology.Iran, 320P.‎ (In Persian)
Bagheri, A., Yousefvand, F. and Tavana, M.H. (2012). The effect of polyhedral spillway crests on the discharge coefficient of the morning glory spillway at the crest control. National Conference of Structures, Roads and Architecture., IAU Chaloos Branch. (In Persian)
Daggett, L.L. and Keulegan, G.H. (1974). Similitude Conditions in Free-Surface Vortex Formations. J. Hydraulic Division. ASCE, 100(11), 1565–1580.
Henderson, F.M. (1966). Open channel flow. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ.
Jain, A.K., Ranga Raju, K.G. and Garde, R.J. (1978). ‎Vortex formation at vertical pipe intakes. J. ‎Hydraulic Eng., 104(10), 1429-‎‎1445.‎
Kabiri-Samani, A.R. (2001). Optimum design of Anti-Vortex plates at Vertical intakes, MSc Thesis, Sharif University of Technology, Tehran, Iran. (In Persian)
Kashkoli, H.A., Sedghi, H., Jahromi, H.M. and Aghamajidi, R. (2013). Simultaneous study effect of guide pier and stepped chamber on hydraulic behavior of morning glory spillway. World Applied Sciences Journal, 21, 548-557.
Kabiri-Samani, A.R. and Borghei, S.M. (2013). Effects of anti-vortex plates on air entrainment by free vortex. Scientia Iranica, 20(20), 251-258.
‏Kashkaki, Z., Banzhad, H. and Heidari, M. (2016). ‎Influence of Vortex Breakers on Hydraulic Flow in ‎Vertical Shaft Spillways. 14nd Iranian ‎Hydraulics Conference, Sistan and Baluchestan University, Zahedan, Iran‎. (In Persian)
Novak, P. and Cabelka, J. (1981). Models in hydraulic engineering. Physical principles and design applications. Pitman, London.
Nohani, E. and Mousavi-Jahromi, S.H. (2010). The Effect of Number and Thickness of Anti-Vortex Plates on the Morning glory Spillway Discharge Coefficient. National Conference of Water, Soil, Plant Science and Agricultural Machinery., IAU Dezful Branch. (In Persian)
Nohani, E. (2014). An experimental study on the effect of vortex breakers ‎on discharge coefficient for the shaft spillways with sharp edge and wide ‎edge. J. Civil Engineering and Urbanism, 4(5), 546-549.‎
Nohani, E., Partovi-Zia, V. and Akbari, H. (2015). Numerical Study of the Impact of Anti-Vortex Plates on Flow Pattern in Morning Glory Spillways. 2nd International Conference on New Research Achievemets in Civil Engineering, Architecture and Urban Management., Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran. (In Persian)
Nasiri, s., Kabiri-Samani, A.R. and Asghari, K. (2016). Numerical modeling of flow field around vertical intake by entering the piano key. J of Hydraulics, 11(1), 53-66. (In Persian)
‎‎Posey, C.J. and Hsu, H.C. (1950). How the vortex affects orifice discharge. Engineering news-record.
Rankine, W.J.M. (1858). Manual of applied mechanics. London: Griffin.
‎Sarkardeh, H., Jabbari, E., Zarrati, A.R. and Tavakkol, S. (2013). Velocity ‎field in a reservoir in the presence of an air-core vortex. J. Water ‎Management, 164(4), 193-200.‎
Shemshi, R. and Kabiri-Samani, A. (2017). Swirling flow at vertical shaft spillways with circular piano-key inlets. J. Hydraulic Research, 55(2), 248-258.
Trivellato, F. (2010). Anti-vortex devices: Laser measurements of the flow and functioning. Optic and lasers engineering, 48(24), 589-599.
Wang, Y.K., Jiang, C.B. and Liang, D.F. (2010). Investigation of air-core vortex at hydraulic intakes. J. Hydrodynamics, 22(5), 696-701.