بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان اطراف سرریزهای مدور قائم با استفاده از مدل‌سازی عددی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران-دانشگاه آزاد اسلامی-واحد سیرجان

2 2. گروه مهندسی آّب، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران

3 گروه مهندسی معدن، واحد سیرجان، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان، ایران

چکیده

سرریز مدور قائم با شکل‌های مختلف ورودی در شرایطی که محدودیت مکانی برای ساخت انواع دیگر سرریز وجود داشته باشد، بسیار مؤثر عمل می‌کند. هیدرولیک جریان در سرریز مدور قائم به سه دسته آزاد، روزنه‌ای و تحت فشار تقسیم می‌شود. در این تحقیق خصوصیات هیدرولیکی در سرریز مدور قائم به-صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. خصوصیات هیدرولیکی مانند بررسی پروفیل رویی و زیرین سرریز مدور قائم ساده، بررسی رابطه دبی با تراز آب بالادست و بررسی ضریب دبی جریان در حالت مدل-سازی و آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج عددی در شرایط، شبکه محاسباتی شامل 10602 گره، مدل آشفته دو معادله‌ای k- استاندارد و تابع دیواره استاندارد بهترین نتایج را برای مدل‌سازی جریان آب در سرریز مدور قائم را ارائه می‌دهد. در بررسی پروفیل رویه و زیرین جت ریزشی تطابق بسیار خوبی بین نتایج عددی و نتایج عددی دیده شد. همچنین بین نتایج تراز آب بر روی تاج سرریز و دبی سرریز شده مشخص شد در تراز‌های آب کم، نتایج در مدل‌سازی عددی تقریباً با نتایج عددی تطابق دارد؛ اما با افزایش تراز آب بر روی تاج سرریز اختلاف بین دبی عددی و آزمایشگاهی زیاد می‌گردد. در بررسی ضریب دبی جریان در حالت مدل‌سازی و آزمایشگاهی مشاهده گردید با کاهش نسبت P/R اختلاف مقادیر ضریب دبی در دو حالت عددی و آزمایشگاهی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


جوان، م.، صادق فام، س. و اقبال‌زاده، ا. (1392)."مقایسه روش‌های اختلاطی و حجم سیال برای شبیه‌سازی عددی اختلاط آب و هوا در جریان غیرریزشی روی سرریزهای پلکانی". نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، دوره 20، شماره 4، ص­.ص. 75-97.

کبیری سامانی، ع. ر. (1379). طراحی بهینة صفحات ضد گرداب در آبگیرها. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، گروه منهدسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران ایران.

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

موسوی جهرمی، ح.؛ و الستی، ک. (1385). "تأثیر تیغه­های گردابشکن بر جریان سرریزهای نیلوفری"، همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، 1۲ تا 1۴ اردیبهشت ماه.

نصیری، س.،؛ کبیری سامانی، ع.ر. و اصغری، ک. (1395). "مدل­سازی عددی میدان جریان در اطراف سرریزهای مدور قائم با ورودی کلید پیانویی". هیدرولیک، دوره 11، شماره 1، ص.ص. 53-66.

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, 23)3(, pp. 3325-3332.

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, 17)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, 20)2(, pp. 251-258.

Dargahi, B. (2006). “Experimental study and 3D numerical simulations for a free-overflow spillway”. ASCE J. Hydraulic Engineering, 132(9), pp. 899-912, (10):1061/0733–9429.

FLUENT User's Guide (2003). Fluent Inc., Centerra Resource Park, 10 Cavendish Court Lebanon, NH 03766

Gulliver, J. Rindels, A.J. and Lindblom, K.C. (1986). “Design intakes to avoid free surface”, Water Power and Dam Construction, 38)9(, pp. 224–232.

Kabiri-samani, A.K. and Javaheri, A. (2011). “Discharge coefficient for free submerged flow over piano key”, Journal of Hydraulic Research. 50)1(, pp.114-120.

Khatsuria, R.M. (2005). “Hydraulics of spillways and energy dissipators”, Civil and Enviromental Engineering, 132)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. 14(5), pp. 94-100.

Launder, B.E. and Spalding D.B. (1974). “The numerical computation of turbulent flows”. Comp. Methods Appl. Mech. Eng., 3, pp. 269-289.

Lempérière, F. and Ouamane, A. (2003). “The piano keys weir: a new cost-effective solution for spillways”, International Journal of Hydropower and Dams, 10(5), pp. 144-149.

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

Mahtabi, G. and Arvanaghi, H. (2018). Experimental and numerical analysis of flow over a rectangular full-width sharp-crested weir, Water Science and Engineering, 11(1), pp. 75-80.

Mansouri, R. Ziaei, A.N. and Hinkelmann, R. (2014). “Comparison of numerical, experimental and empirical results for flows over vertical drops”, Progress in Computational Fluid Dynamics, 14(2), pp. 118-129.

Novak, P. and Cabelka, J. (1981). “Models in hydraulic engineering”. Pitman, London, UK.

Peterka, A.J. (1956). Morning-glory shaft spillways: performance tests on prototype and model, Trans. A.S.C.E. 121.

Rahimzadeh, H. Maghsoodi, R. Sarkardeh, H. and Tavakkol, S. (2012). “Simulating Flow Over Circular Spillways by Using Different Turbulence Models”, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 6:1, pp. 100-109.

Schleiss A. J. (2011). From labyrinth to piano key weirs. Ecolepoly technique Federal de Lausanne, Switzerland.

Shamsi, R. and Kabiri-Samani, A.R. (2016). “Swirling flow at vertical shaft spillways with circular piano-key inlets”, Journal of Hydraulic Research, 55(2), pp. 248-258.

Trivellato, F. (2010). “Anti-vortex devices: Laser measurements of the flow and functioning”. Optics and Lasers in Engineering, 48, 589-599.

USBR. (1987). Design of Small Dams, U. S. Bureau of Reclamation, Denver, CO.

Wagner, W.E. (1954). Morning-glory shaft spillways determination of pressure-controlled profiles, A.S.C.E. Proceedings. 80.

Wang, Y. K. Jiang, C. B. and Liang, D. F. (2010). “Investigation of air-core vortex at hydraulic intakes”, Journal of Hydrodynamics, 22)5(, pp. 696-701.

Wayne Coleman, H. Wei, C. Y. and Lindell, J. E. (2004). Hydraulic design of spillway. McGraw-Hill, New York.

Zachoval, Z. and Roušar, L. (2015). “Flow structure in front of the broad-crested weir”, EPJ Web Conf., 92, pp. 1-4, doi:10.1051/epjconf/ 20159202117