» Research Note « Investigation on Discharge Coefficient of Circular Crested Weir using Numerical Modeling

Document Type : Technical Note

Authors

1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Shahid Ashrafi Esfahani University, Isfahan, Iran

2 Master Student, Department of Civil Engineering, Shahid Ashrafi Esfahani University, Isfahan, Iran.

3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran.

Abstract

Cylindrical overflows and circular crested weirs, due to economical reasons and simplicity of manufacture, compared to other overflows can be used in measuring flow intensity, discharge and water level control in channels and reservoirs. In this study, flow characteristics in 28 physical models of circular crested weirs using the FLUENT model were simulated and the results were compared with the physical models. In addition, the effect of the radius, height, upstream slope, downstream slope and upstream arc crest overflow parameters were also investigated. Simulation in FLUENT software was made by using k-Ɛ turbulence model and VOF multiphase model. Comparison of simulation and experimental models indicated that NRMSE is 7.7% and the relative error equals to 6.4%, which indicates the accuracy of numerical modeling in calculation of discharge coefficient. As a result, good agreement was obtained between FLUENT model and physical models. The results also showed that discharge coefficient increases by the total load (H1/R), equal to the values of 2, 1.3 and 0.96 in cylindrical overflows, semi cylindrical and quadrant cylindrical respectively. Increasing the weir height also causes increase in the discharge coefficient. Other parameters have slight impact on the discharge coefficient. Moreover, discharge coefficient of cylindrical weir has the maximum (Cd=0.915) and the quadrant cylindrical weir has the minimum value (Cd=0.851) under constant H1/R.

Keywords


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.
  • Receive Date: 23 July 2017
  • Revise Date: 13 September 2017
  • Accept Date: 15 September 2017
  • First Publish Date: 23 October 2017