ارزیابی ضریب دبی سرریز کلید پیانویی تحت جریان غیردائمی-متغیر تدریجی با افزایش دبی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان(خوراسگان)، اصفهان، ایران.

2 استادیار گروه مهندسی عمران-دانشگاه شهید اشرفی اصفهانی

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران

چکیده

در این تحقیق از سرریزهای کلید پیانویی که از مزایای آن می‌توان به ضریب دبی و راندمان دبی بسیار بالا، امکان کاهش ارتفاع سد، سرعت در اجرا و صرفه اقتصادی نام برد. این سرریزها، بهترین گزینه برای اجرای سرریز سد در حالت جریان آزاد هستند. در این تحقیق با توجه به امکانات آزمایشگاهی موجود، میزان جریان عبوری به صورت تدریجی و در گام‌های زمانی مشخص افزایش یافت و تحت این شرایط با ارائه یک روش تحلیلی به تعیین ضریب دبی جریان در سرریز کلیدپیانویی پرداخته شد. آزمایش‌های این پژوهش، در کانال تحقیقاتی مستطیلی شکل با طول 10 متر و عرض 6/0 متر انجام شده است. در تحقیق حاضر، سه نوع سرریز کلید پیانویی مستطیلی نوع A با ارتفاع‌های متغیر15،10و20 سانتی‌متر و سایر پارامترهای هندسی ثابت در محدوده دبی 30 تا 50 لیتر بر ثانیه تحت بازه‌ تغییرات دبی 3،5و1 لیتر برثانیه و بازه تغییرات زمانی 10،5و15 ثانیه مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین در این تحقیق در 27 شرایط هیدرولیکی متفاوت به بررسی تأثیر تغییرات ارتفاع بر نمودار‌های دبی-اشل، ضریب دبی و سایر پارامترهای موثر بی‌بعد پرداخته شده است. در نهایت نتایج حاکی از آن بود که، با افزایش ارتفاع سرریز، شیب نمودارهای دبی-اشل افزایش یافته است. هم-چنین با افزایش ارتفاع سرریز، ضریب دبی افزایش و در مقابل عدد فرود و نسبت ارتفاع آب به ارتفاع سرریز کاهش یافته‌اند. در نتیجه ارتفاع سرریز با ضریب دبی رابطه مستقیم و با عدد فرود و ارتفاع آب در ورودی و بالادست سرریز رابطه عکس دارد.

کلیدواژه‌ها


Abhash, A. and Pandey, K.K. (2021). Nonlinear Regression Analysis Between Discharge and Head for Piano Key Weirs with Increasing Developed Length (L/W) Ratio and Constant Channel Width. Water Resources Management and Reservoir Operation, Chapter 20, 241-250. Springer Cham.
Anderson, R.M. and Tullis, B. (2011). Influence of Piano Key Weir geometry on discharge. In proceedings of the International Conference Labyrinth and Piano Key Weirs, 75-80.
Barcouda, M., Cazaillet, O., Cochet, P., Jones, B. A., Lacroix, S., Laugier, F., Odeyer, C. and Vigny, J.P. (2006). Cost effective increase in storage and safety of most dams using fusegates or PK Weirs. Proc. 22nd CIGB/ICOLD congress, Barcelona, Spain.
Blanc, P. and Lempérière, F. (2001). Labyrinth spillways have a promising future. International Journal on Hydropower & Dams, 8(4), 129-131.
Bortoni, E.C., Rocha, M.S., Rodrigues, M.A. and Laurindo, B.C. (2017). Calibration of weirs using unsteady flow. Flow Measurement and Instrumentation, 57, 73-77.
Cicero, G.M. and Delisle, J.R. (2013). Discharge characteristics of Piano Key weirs under submerged flow. Labyrinth and Piano Key Weirs II–PKW 2013, 101-109.
Crookston, B.M., Anderson, R.M. and Tullis, B.P. (2018). Free-flow discharge estimation method for Piano Key weir geometries. Journal of Hydro-Environment Research, 19, 160-167.
Henderson, F.M. (1966). Open channel flow Mac Millan Publishing Co. Inc., New York, pp. 288-324.
Chi Hien, T., Thanh Son, H., Ho Ta Khanh, M. (2006). Results of some ‘piano keys’ weir hydraulic model tests in Vietnam. Proc. 22nd Intl Congress of Large Dams, Q87, R39, Vol. IV, ICOLD, Barcelona, Spain, 581–595.
Kabiri-Samani, A. and Javaheri, A. (2012). Discharge coefficients for free and submerged flow over Piano Key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50(1), 114-120.
Karamvand, A., Hajikandi, H. and Sharafati, A. (2020). Comparison of Discharge Coefficient Between Arced Piano Key Weir and Non-Arc Piano Key Weirs. Water Resources Engineering, 13(47), 15-26. (In Persian)
Kumar, B., Kadia, S. and Ahmad, Z. (2019). Evaluation of discharge equations of the Piano Key Weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 68, 101577, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2019.101577
Laugier, F. (2007). Design and construction of the first Piano Key Weir spillway at Goulours dam. International Journal on Hydropower and Dams, 14(5), 94-101.
Laugier, F., Lochu, A., Gille, C., Leite Ribeiro, M. Boillat, J-L. (2009). Design and construction of a labyrinth PKW spillway at Saint-Marc dam, France. Hydropower & Dams, 15(5), 100-107.
Lempérière, F. and Ouamane, A. (2003). The Piano Keys weir: a new cost-effective solution for spillways. International Journal on Hydropower & Dams, 10(5), 144-149.
Lempérière, F., Vigny, J.P., Ouamane, A. (2011). General comments on Piano Kew Weirs: The past and present. Proc. Intl Workshop on Labyrinths and Piano Key Weirs PKW 2011, CRC Press, 17-25.
Machiels, O., Erpicum, S., Dewals, B.J., Archambeau, P. and Pirotton, M. (2011). Experimental observation of flow characteristics over a Piano Key Weir. Journal of Hydraulic Research, 49(3), 359-366.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B. and Pirotton, M. (2013). Parapet wall effect on piano key weir efficiency. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(6), 506-511.
Machiels, O., Pirotton, M., Pierre, A., Dewals, B. and Erpicum, S. (2014). Experimental parametric study and design of Piano Key Weirs. Journal of Hydraulic Research, 52(3), 326-335.
 
Novák, P. and Čabelka, J. (1981). Models in Hydraulic Engineering: Physical principles and design applications. Monographs & surveys in water resources engineering.
Ouamane, A. and Lempérière, F. (2006). Design of a new economic shape of weir. Proc. Intl Symposium on Dams in the Societies of the 21st Century, Barcelona, Spain, 463-470.
Ribeiro, M., Boillat, J.L. and Schleiss, A. (2011). Experimental parametric study for hydraulic design of PKWs. Proc. of International Conference on Labyrinth and Piano Key Weirs (PKW 2011), 183-190. CRC Press, Taylor & Francis Group.
Ribeiro, M.L., Pfister, M., Schleiss, A.J. and Boillat, J.L. (2012). Hydraulic design of A-type piano key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50(4), 400-408.
Pfister, M. and Schleiss, A.J. (2013) Comparison of hydraulic design equations for A-Type Piano Key Weirs. Proceedings of the International Conference on Water Storage and Hydropower Development for Africa (AFRICA 2013), April, 1–8.
Pralong, J., Vermeulen, J., Blancher, B., Laugier, F., Erpicum, S., Machiels, O., Pirotton, M., Boillat, J.L., Leite Ribeiro, M. and Schleiss, A.J. (2011). A naming convention for the Piano Key Weirs geometrical parameters. Proc. Intl Workshop on Labyrinths and Piano Key Weirs PKW 2011, CRC Press, 271-278. 
Seyedjavad, M., Naeeni, S. and Sanei, M. (2020). Experimental Study of Discharge Coefficient and Flow Streamlines in a Trapezoidal Piano Key Side Weir. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(9), 2261-2273. (In Persian)