بررسی عددی استهلاک انرژی شیب‌شکن قائم با لبه‌ دندانه‌ای افقی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

شیب‌شکن‌های قائم سازه‌ای پرکاربرد در کانال‌های آبیاری و زهکشی بوده که به منظور کاهش شیب تند کانال مورد استفاده قرار می‌گیرند. پایین‌دست شیب‏شکن به حوضچه آرامش منتهی می‏گردد که نقش استهلاک انرژی جریان را به‏عهده دارد. در تحقیق حاضر سعی گردیده است تا اثر دندانه‏دار کردن لبه این سازه بر میزان استهلاک انرژی و سایر پارامترهای هیدرولیکی آن به صورت عددی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور، دو تعداد لبه، با دو ابعاد نسبی، در نظر گرفته شده و محدوده عمق بحرانی نسبی نیز بین 2/0 تا 35/0 انتخاب شده است. از نرم‏افزار Flow3D با دو مدل آشفتگی k-ε و RNG برای انجام مدل‏سازی استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل آشفتگی RNG در مقایسه با مدل آشفتگی k-ε تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی دارد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که استفاده از شیب‌شکن قائم با لبه‌های دندانه‌ای افقی در مقایسه با شیب‌شکن قائم ساده، استهلاک انرژی، عمق نسبی پایین‌دست، طول ریزش جت و شدت آشفتگی ایجاد شده را افزایش می‌دهد. افزایش ابعاد لبه و کاهش تعداد آن‌ها نیز استهلاک انرژی جریان را افزایش داده و محدوده عدد فرود پایین‌دست را کاهش می‌دهد. تعداد 3 عدد لبه دندانه‌ای با ابعاد نسبی 15/0 بیشترین اغتشاش در خطوط جریان پایین‌دست ریزش جت را سبب شده و می‌تواند استهلاک انرژی، عمق ثانویه مورد نیاز جهت تشکیل پرش هیدرولیکی و طول حوضچه آرامش را به ترتیب 12، 19 و 15 درصد کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها


Abbasi, A. and Maleknejad yazdi, M. (2014). Effect of sill and submerged vanes on the flow containing sediment entering the lateral intakes. Journal of Irrigation and Water Engineering. 4(16), 104-116. (in Persian).
Bakhmeteff, M.W. (1932). Hydraulics of open channels, New York and London, McGraw-Hill Book Company, Inc.
Chiu, C.L., Fan, C.M. and Tsung, S.C. (2017). Numerical modeling for periodic oscillation of free overfall in a vertical drop pool. Journal of Hydraulic Engineering, 143(1), 04016077.
Daneshfaraz, R., Mirzaee, R., Ghaderi, A. and Majedi Asl, M. (2019). The S-jump's Characteristics in the Rough Sudden Expanding Stilling Basin. AUT Journal of Civil Engineering, 4(3), 8-8.
Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Razmi, S., Norouzi, R. and Abraham, J. (2020a). Experimental investigation of the effect of dual horizontal screens on the hydraulic performance of a vertical drop. International Journal of Environmental Science and Technology. https://doi.org/10.1007/s13762-019-02622-x.
Daneshfaraz, R., Hasanniya, V., Mirzaee, R. and Bazyar, A. (2020b). Experimental investigation of the effect of positive slope of the horizontal screen on hydraulic characteristics of vertical drop. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(10), 2499-250.  (in Persian).
Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Mirzaee, R. and Tayfur, G. (2020c). Hydraulic jump in a rough sudden symmetric expansion channel. AUT Journal of Civil Engineering, doi: 10.22060/ajce.2020. 18227.5667.
Dean, R.B. (1978). Reynolds number dependence of skin friction and other bulk flow variables in two-dimensional rectangular duct flow. Journal of Fluids Engineering, 100, 215-223.
Esen, I.I., Alhumoud, J.M. and Hannan, K.A. (2004). Energy loss at a drop structure with a step at the base. Water International, 29(4), 523-529.
Farouk, M. and Elgamal, M. (2012). Investigation of the performance of single and multi-drop hydraulic structures. International Journal of Hydrology Science and Technology, 2(1), 48-74.
Hong, Y.M., Huang, H.S. and Wan, S. (2010). Drop characteristics of free-falling nappe for aerated straight-drop spillway. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 125-129.
Ghaderi, A., Dasineh, M. and Abbasi, S. (2019). Impact of vertically constricted entrance on hydraulic characteristics of vertical drop (numerical investigation). Journal of Hydraulics, 13(4), 121-131. (in Persian).
Kabiri-Samani, A.R., Bakhshian, E. and Chamani, M.R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow Measurement and Instrumentation, 54, 298-306.
Liu, S.I., Chen, J.Y., Hong, Y.M., Huang, H.S. and Raikar, R.V. (2014). Impact characteristics of free over-fall in pool zone with upstream bed slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 476-486.
Mahmoudi, B. and Farhoudi, J. (2018). Experimental Studies of flow from Flap Gate in circular open channel at free flow condition. Iranian Journal of Soil and Water Research, 49(1), 159-170. (in Persian).
Mansouri, R. and Ziaei, A. (2014). Numerical modeling of flow in the vertical drop with inverse apron. 7th International Symposium on Environmental Hydraulics, Singapore.
Moore, W.L. (1943). Energy loss at the base of a free overfall. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1), 1343-1360.
Novák, P., Moffat, A.I.B., Nalluri, C. and Narayanan, R. (2007). Hydraulic structures. CRC Press.
Rajaratnam, N. and Chamani, M.R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384.
Rand, W. (1955, September). Flow geometry at straight drop spillways. Proceedings of the American Society of Civil Engineers, 81(9), 1-13.
Sharif, M. and Kabiri-Samani, A. (2018). Flow regimes at grid drop-type dissipators caused by changes in tail-water depth. Journal of Hydraulic Research, 56(4), 505-516.
White, M.P. (1943). Discussion of Moore. Transactions of ASCE, 108, 1361-1364.