«یادداشت تحقیقاتی» بررسی ضریب دبی در سرریز تاج دایره‌ای با استفاده از مدل‌سازی عددی

نوع مقاله: یادداشت تحقیقاتی

نویسندگان

1 استادیار، گروه عمران، دانشگاه غیرانتفاعی شهید اشرفی اصفهانی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های هیدرولیکی، گروه عمران، دانشگاه غیرانتفاعی شهید اشرفی اصفهانی

3 دانشیار، دانشکده عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

سرریزهای استوانه‌ای و سرریزهای تاج دایره‌ای به دلیل اقتصادی بودن و سهولت ساخت در مقایسه با سایر سرریزها می‌توانند برای اندازه­ گیری شدت جریان، ساختمان‌های تخلیه جریان آب و کنترل سطح آب در کانال‌ها و مخازن مورد استفاده قرار گیرند. در تحقیق حاضر وضعیت جریان روی 28 مدل فیزیکی سرریز تاج دایره‌ای با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت شبیه سازی شد و با نتایج مدل­های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. در این مطالعه تأثیر پارامترهای شعاع، ارتفاع، شیب بالادست، شیب پایین‌دست و کمان تاج در بالادست سرریز بر ضریب دبی جریان بررسی شد. شبیه­ سازی در نرم‌افزار فلوئنت با استفاده از مدل آشفتگی k–ε و مدل چندفازی VOF انجام گرفت. از مقایسه نتایج مدل شبیه ­سازی شده با نتایج آزمایشگاهی مشخص گردید مقدار NRMSE برای مدل‌های مورد بررسی برابر با 7/7 درصد و خطای نسبی برابر با 6/4 درصد است بنابراین فلوئنت با دقت مناسبی قادر به شبیه سازی جریان می­باشد. پس از اطمینان از دقت نتایج، دامنه داده ­های آزمایشگاهی افزایش داده شد و نتایج قابل توجهی نسبت به مطالعه آزمایشگاهی حاصل گردید. نتایج نشان داد که با افزایش بار کل آب در بالادست، به ترتیب برای سرریزهای استوانه‌ای، نیم‌استوانه‌ای و ربع‌استوانه‌ای تا مقدار 2، 3/1 و 96/0، ضریب دبی روند افزایشی و پس از آن روند کاهشی دارد. افزایش ارتفاع سرریز باعث افزایش ضریب دبی جریان گردید، در حالیکه تغییرات کمان تاج تأثیری بر ضریب دبی نداشت. همچنین ضریب دبی در H1/R ثابت برای سرریزهای استوانه‌ای بیشترین مقدار (915/0=Cd) و برای سرریزهای ربع‌استوانه‌ای کم‌ترین مقدار (851/0=Cd) را دارد. 

کلیدواژه‌ها


ابریشمی، ج. و حسینی، م (1373). هیدرولیک کانال‌های روباز. انتشارات آستان قدس رضوی، ‌ص. 501.

اسماعیلی، ک. نقوی، ب. کورش وحید، ف. و یزدی، ج (1389). "مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان در سرریزهای استوانه‌ای"، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، جلد24، شماره 1، ص‌ص. 179-166.

باقری، س. و حیدرپور، م (1388). "کاربرد معادلات اولر در تعیین ضریب دبی سرریزهای تاج دایره‌ای"، مجله تحقیقات آب و خاک ایران (40)1، ص‌ص. 73-67 .

بیگی‌پور، غ. و بینا، م (1384). "هیدرولیک جریان در سرریزهای تاج دایره‌ای و استوانه‌ای"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه شهید باهنر کرمان، ص‌ص. 239-246.

حدادیان سنو، ه. کریمی، ع. اسفندیارپور بروجنی، ع. و حق‌نیا، غ. (1394). "مقایسه کارایی RMSE و NRMSE برای محاسبه مقدار موثر خطای مدل‌هایی با مجموعه داده‌های آموزش متفاوت"، چهاردهمین کنگره علوم خاک ایران- پیدایش، رده‌بندی، ارزیابی خاک و زمین‌نما، ولی‌ عصر(عج) رفسنجان.

حیدرپور، م. افضلی مهر، ح. و خرمی، ا. (1380). "بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریزهای استوانه‌ای و تاج دایره‌ای"، مجموعه مقالات کنفرانس سازه‌های هیدرولیکی، کرمان، ص‌ص. 65-57.

حیدرپور، م. ایزدی نیا، ا. و سعادت پور، ع (1385). "بررسی توزیع فشار روی تاج سرریزهای استوانه‌ای و تاج دایره‌ای با ارتفاعات مختلف"، همایش ملی مدیریت شبکه های آبیاری و زهکشی، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب.

حیدرپور، م. چمنی، م. و خرمی، ا. (1384). "بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریزهای استوانه‌ای و تاج دایره‌ای"، مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، سال دوازدهم، شماره ششم، ص‌ص. 21-30.

خرمی، ا. (1379). "بررسی خصوصیات تعدادی سرریز تاج دایره‌ای"، پایان نامه کارشناسی ارشد، گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، ص. 108.

فرسادی‌زاده، د. خسروی نیا، پ. و ورجاوند، پ (1387). "بررسی ضریب جریان در سرریزهای استوانه‌ای با استفاده از مدل عددی فلوئنت"، مجموعه مقالات (CD). چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران.

قبادیان، ر. فرمانی فرد، م. و کریمی، ع (1391). "اثر زبری تاج و بدنه بر ضریب تخلیه و شرایط هیدرولیکی جریان در سرریزهای تاج دایره‌ای با استفاده از مدل فیزیکی"، نشریه دانش آب و خاک، جلد 22، شماره 1، ص‌ص. 77-89.

وکیلی، ش. 1391، "بررسی تاثیر مدل‌های مختلف آشفتگی و روش‌های گسسته‌سازی بر توزیع فشار روی سرریز اوجی"، یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه ارومیه.

هوشیار، م. حسینی، س.ا. و مسگری، ا. (1391). "مدل‌سازی دماهای حداقل شهرستان ارومیه با استفاده از مدل‌های رگرسیونی خطی و غیرخطی چندگانه و شبکه‌های عصبی مصنوعی"، مجله اندیشه جغرافیایی، سال ششم، شماره دوازدهم، ص‌ص. 33-50.

Bos, M.G. (1978). "Discharge measurement structures". Publ. 20, Int. for Land Reclamation and Improvement, Wegeningen, The Netherlands.

Cassidy, J. J. (1965). "Irrotational flow over spillways of finite height". ASCE, J. Eng. Mech. Div. 91(6):155-173.

Chanson H. (1996). "Some hydraulic aspects during overflow above inflatable flexible memberane dam". Rep. Dept. of Civ. Engrg., University of Queensland, Australia.

Escande L. and Sananes F., (1959). "Etudes des seuils déversants à fente aspiratrice". pp: 892-902 ('Weirs with Suction Slots.') Jl La Houille Blanche, Dec., No. Special B, (in French).

Fawer C., (1937). "Etude de quelques ecoulements permanents a filets courbes (Study of some steady flows with curved streamlines)". Thesis, Lausanne, Switzerland. Imprimerie La Concorde (in French).

Ramamurthy, A. S. and N. D. Vo. (1993). "Characteristic of circular crested weir". ASCE, J. Hyd . Eng. 119(9):1055-1063.

Rehbok T., (1929). "The river hydraulic laboratory of the technical university of Karlsruhe". pp:111-242. Hydraulic laboratory practice, ASME, New York, NY.

Rouve G. and Indlekofer H., (1974). "Abfluss über geradlinige wehre mit halbkreissformigem uberfallprofil. (Discharge over straight weirs with semicylindrical crest.)". Der Bauingenieur 49(7): 250-256 (in German).

Sarginson E.J., (1972). "The influence of surface tension on weir flow". J. Hydr. Res., 10(4): 431-446.