مدل‌سازی عددی میدان جریان در اطراف سرریزهای مدور قائم با ورودی کلید پیانویی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

به‌منظور کنترل جریان گردابه‌ای استفاده از سرریز کلید پیانویی مدور، یکی از روش‌های اصلاح ورودی سرریز مدور قائم است. این سرریز به‌صورت سازه گرداب‌شکن عمل می‌کند و تأثیر چشم‌گیری بر کاهش قدرت جریان گردابی و افزایش ضریب دبی جریان دارد. در تحقیق حاضر به بررسی عددی هیدرولیک جریان در اطراف سرریز مدور قائم با ورودی کلید پیانویی پرداخته می‌شود. معادلات حاکم بر جریان سیال در دستگاه مختصات استوانه‌ای حل می‌شوند. برای مدل‌سازی میدان جریان اطراف سازه و درون شفت قائم از شبیه‌سازی عددی با استفاده از روش حجم محدود و مدل آشفتگی k-ε استفاده شده‌ است. در این تحقیق تأثیر طول، ارتفاع و زاویه قطاع‌های کلید پیانویی بر هیدرولیک جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهند که استفاده از سرریز کلید پیانویی مدور به‌عنوان ورودی شفت‌های قائم یکی از روش‌های اصلاح ورودی سرریز مدور قائم است که تأثیر چشم‌گیری بر کاهش قدرت جریان گردابی دارد، ضمن این‌که ضریب دبی جریان را افزایش می‌دهد. سرریز کلید پیانویی علاوه بر این‌که به صورت ورودی سرریز مدور قائم عمل می‌کند، نقش گرداب‌شکن نیز دارد، به‌طوری‌که با کاهش قدرت جریان گردابی و دور کردن گرداب از شفت قائم، باعث توزیع یکنواخت جریان در محدوده‌ی اطراف شفت قائم می‌شود. این امر در تخلیه‌ی یکنواخت جریان از شفت قائم مؤثر است. در انتها بهترین هندسه‌ی ورودی کلید پیانویی برای دست‌یابی به بیشترین راندمان در سرریز مدور قائم پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها


الستی، ک. (1385). "تأثیر تیغه­های گرداب شکن بر جریان سرریز­های نیلوفری"، همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز.

شمشی، ر. (1391). بررسی تأثیر ورودی کلید­ پیانویی بر هیدرولیک جریان در سرریز­های مدور قائم، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، گرایش آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان.

کبیری سامانی، ع.ر. (1379). تعیین توپولوژی بهینه در طرح صفحات کاهش گرداب آبگیرها، پایان­نامه کارشناسی ارشد، گرایش سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران.

Aghamajidi, R. (2013). “Computerized simulation of hydraulic behavior of shaft spillway vortex breaker on crest and semi long stepped chamber throat”, Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, Vol. 23, No. 3, pp. 3325-3332.

Barcouda, M., Cazaillet,O., Cochet, P. and Jones, B.A. (2006). “Cost effective increase in storage and safety of most dams using fusegates or p.k”,Comission Internationale Des Grands Barrage, Barcelona.

Bieri, M., Ribeiro, M.L., Boillat, J.L., Schleiss, A., Lauger, F., Delorme, F., and villard, J.F. (2009). “Rehabilitation de la capacite d’evacuation des crues Integration de PK-Weirs sur des barrages existants”, Colloque CFBR-SHF, Paris, [In French].

Borghei, S.M. and Kabiri-Samani, A.R. (2010). “Effect of anti-vortex plates on critical submergence at a vertical intake”, Sientia Iranica, Transaction A: Civil Engineering, Vol. 17, No. 2, pp. 89-95.

Borghei, S.M. and Kabiri-Samani, A.R. (2013). “Effects of anti-vortex plates on air entrainment by
free vortex”,Sientia Iranica, Vol. 20, No. 2, pp. 251-258, 2013

Gulliver, J., Rindels, A.J. and Lindblom, K.C. (1986). “Desingn intakes to avoid free surface”,Water Power and Dam Constraction, Vol. 38, No. 9, pp. 224–232, 1986.

Hite, E.J.Jr. (1991). Vortex formation and flow separation at hydraulic intakes, Washington State Unviersity.

Kabiri-samani, A.K. and Javaheri, A. (2011). “Discharge coefficient for free submerged flow over piano key”, Journal of  Hydraulic Research, Vol. 50, No. 1, pp.114-120.

Khatsuria, R.M. (2005). Hydraulics of spillways and energy dissipators,Civil and Enviromental Engineering, Vol. 132, No. 2, pp .649-651.

Laugier, F. (2007). “Design and construction of the first Piano Key weir spillway at Goulours dam”, International Journal of Hydropower and Dams, Vol. 14, No. 5, pp. 94-100.

Lempérière, F. and Ouamane, A. (2003). “The piano keys weir: a new cost-effective solution for spillways”, International Journal of Hydropower and Dams, Vol. 10, No. 5, pp. 144-149.

Lewellen, W.S. (1962). “A solution for three-dimentional vortex flow with strong circulation”, Aerospace CorporationRep.TD R-930, (2210-14) TN-1.

Wang, Y. K., Jiang, C. B., and Liang, D. F. (2010). “Investigation of air-core vortex at hydraulic intakes”, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, Vol. 22, No. 5, pp. 696-701, Doi:10.1016/S1001-6058(10)60017-0.