نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

بررسی آزمایشگاهی مشخصات جریان در سرریز پلکانی با نصب مانع پیوسته با ویژگی‌های متفاوت هندسی

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 عضو هیات علمی / گروه عمران، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا بهبهان
2 مدرس گروه عمران / دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان
3 دانش آموخنه کارشناسی ارشدآب و سازه های هیدرولیکی/ دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان
چکیده
در تحقیق حاضر اثر شکل مقطع مانع پیوسته شامل مربعی، مثلث قائم الزاویه و متساوی الساقین، ارتفاع و محل قرارگیری موانع بر روی کف پله در سرریز پلکانی برای شیب 1:2 بررسی گردید. عرض و ارتفاع سرریز به‌ترتیب 1.2 و 0.87 متر بوده است. محدوده دبی واحد عرض از 0.029 تا 0.125 متر مکعب بر ثانیه متر جهت بررسی هر سه رژیم جریان ریزشی، انتقالی و رویه‌ای بوده است. نتایج نشان می‌دهد که در محدوده پارامترهای بررسی شده در تحقیق حاضر، قرارگیری مانع پیوسته با شکل‌ مقطع و ارتفاع‌های متفاوت و همچنین محل متفاوت قرارگیری در کف پله سرریز، سبب تغییر شروع مرزهای جریان نسبت به حالت شاهد می‌گردند و به‌طور کلی قرارگیری مانع بر روی کف پله‌ها، سبب تمایل جریان به گسترش و ماندگاری بیش‌تر در محدوده انتقالی نسبت به حالت شاهد می‌گردد. نتایج شروع هواگیری طبیعی نشان می‌دهد در حالت‌هایی که در اثر ایجاد مانع مرزهای جریان در دبی-های بالا از رژیم جریان رویه‌ای به حالت انتقالی تبدیل شده، محل هواگیری نیز نسبت به شاهد، یک پله به‌سمت بالادست حرکت کرده است. در محدوده آزمایش‌های تحقیق حاضر برای رژیم جریان رویه‌ای در مقایسه با حالت شاهد، بر اساس نتایجپردازش تصویر، افزایش استهلاک انرژی؛ ؛علاوه بر شکل مانع به عدم قرارگیری مانع در ناحیه اختلاط و پایین بودن ارتفاع مانع نسبت به خط کف کاذب جهتجهت برخورد موثرتر با کف پله، بستگی دارد..
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Akhgar, S. & Roushangar, K. (2019). Numerical and experimental study of pitched steps effects in stepped spillway on the hydraulic parameters and energy dissipation in the skimming flow. Amirkabir Journal of Civil Engineering. 52(8), 1-12.
Ali, A.S. & Yousif, O.S.Q. (2019). Characterizations of flow over stepped spillways with steps having transverse slopes. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 344, 012019, DOI: 10.1088/1755-1315/344/1/012019.
André, S. (2004). High velocity aerated flows over stepped chutes with macro-roughness elements. Thesis No. 2993, EPFL, and Communication LCH No. 20, (Eds.), A.J. Schleiss, Lausanne, Switzerland.
Asghari Pari, S.A. & Kordnaeij, M. (2019). Investigating the Effect of eliminate of lateral discontinuous Obstacle on the Stepped Spillway on Flow Characteristics with image processing. 18th Iranian Hydraulic Conference. Tehran, Iran. (In Persian)
Asghari Pari, S.A. & Kordnaeij, M. (2021a). Investigating the Effect of Different Arrangements of Obstacle on the Stepped Spillway on Flow Characteristics and Energy Dissipation. Irrigation Sciences and Engineering. 43(4), 33-49.
Asghari Pari, S.A. & Kordnaeij, M. (2021b). Laboratory examination of Comparison of the effect of the porous screen,, continuous obstacle, and continuous porous obstacle on the edge of a stepped spillway. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 22(83), 121-140.
Boes, R.M. & Hager, W.H. (2003a). Hydraulic design of stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering. 129(9), 671-679.
Boes, R.M. & Hager, W.H. (2003b). Two-Phase flow characteristics of stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 129(9), 661-670.
Bühler, P., Leandro, J., Bung, D., Lopes, P. & Carvalho, R. (2015). Measuring void fraction of a stepped spillway with non-intrusive methods using different image resolutions. IWHS 2015, 41.
Bung, D, & Valero, D. (2015). Image Processing for Bubble Image Velocimetry in self-Aerated Flow, 36th IAHR World Congress, 28 June – 3 July, Huge, Netherland.
Bung, D.B. (2013). Non-intrusive detection of air-water surface roughness in self-aerated chute flows. Journal of Hydraulic Research, 51(3), 322–329.
Bung, D.B. (2011). Developing flow in skimming flow regime on embankment stepped spillways. Journal of Hydraulic Research, 49(5), 639–648.
Bung, D.B. & Schlenkhoff, A. (2010). Self-aerated skimming flow on embankment stepped spillways: the effect of additional micro-roughness on energy dissipation and oxygen transfer. Proceedings of 1st European IAHR Congress, Edinburgh, Flash-drive.
Chanson, H. (2002). The hydraulics of stepped chute and spillways, Bulkema Publ., The Netherlands, 140-180.
Emadzadeh, A. & CHiew, Y.M. (2017), Bubble Dynamics and PIV Measurements in a Hydraulic Jump, The 37th IAHR World Congress August 13 – 18, Kuala Lumpur, Malaysia.
Felder, S. & Chanson, H. (2014). Effects of Step Pool Porosity upon Flow Aeration and Energy Dissipation on Pooled Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 140(4), https:// doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000858.
Ghaderi, A. & Abbasi, S. (2021). Experimental and Numerical Study of the Effects of Geometric Appendance Elements on Energy Dissipation over Stepped Spillway, Water, 13(7), 957, https:// doi.org/10.3390/w13070957.
Ghaderi, A., Abbasi, S. & Di Francesco, S. (2021). Numerical Study on the Hydraulic Properties of Flow over Different Pooled Stepped Spillways, Water, 13(5), 710, https://doi.org/10.3390/ w13050710.
Gonzalez, C.A. & Chanson, H. (2008). Turbulence and cavity recirculation in air–water skimming flows, Journal of Hydraulic Research, 46(1), 65-72.
Guenher, P., Felder, S. & Chanson, H. (2013). Flow Aeration, Cavity Processes and Energy Dissipation on Flat and Pooled Stepped Spillways for Embankments, Environmental Fluid Mechanics. 13(5), 503-525.
Habibi, K, Asghari Pari, S.A. & Kordnaeij, M. (2021). Experimental investigating of the Effect of location of discontinuous Obstacle on the Stepped Spillway on Flow Characteristics with image processing. 19th Iranian Hydraulic Conference. Mashhad, Iran. (In Persian)
Hamedi, A., Mansoori, A., Shamsai, A. & Amirahmadian, S. (2014). Effects of End Sill and Step Slope on Stepped Spillway Energy Dissipation, J. Water Sci. Res., 6(1), 1-15.
Hunt, S.L. & Kadavy, K.C. (2013). Inception point for embankment dam stepped spillways, Journal of Hydraulic Engineering, 138(9), 796-802.
Hunt, S.L. & Kadavy, K.C. (2011). Inception point relationship for flat-slopped stepped spillways, Journal of Hydraulic Engineering, 137(2), 262-266.
Kökpinar, M.A. (2004). Flow over a stepped chute with and without macro-roughness elements, Canadian Journal of Civil Engineering, 31(5), 880-891.
Kordnaeij, M. & Asghari Pari, S.A. (2019). Experimental Investigating the Effect continuous Obstacle on the edge of Stepped Spillway on Flow Characteristics with image processing (BIV). 11th international River Engineering Conference, Ahwaz, Iran. (In Persian)
Kordnaeij, M, Ostad Mirza, M.J., Asghari Pari, S. A. & Falahat. H. (2023). Energy Dissipation on Stepped Spillways: The Effect of Mounted Step Roughness. 40th IAHR World Congress, 28 June – 3 July, Vienna, Austria.
Leandro, J., Bung, D.B. & Carvalho, R. (2014). Measuring void fraction and velocity fields of a stepped spillway for skimming flow using non-intrusive methods, Exp Fluids, 55, 1732, https://doi.org/10.1007/s00348-014-1732-6.
Lopes, P., Leandro, J., Carvalho, R.F. & Bung, D. B. (2017). Alternating skimming flow over a stepped spillway, Environmental Fluid Mechanics. 17(2), 303-322.
Nina, Y.A., Rui, S.H. I., WÜthrich, D. & Chanson, H. (2021). Intrusive and Non-Intrusive two-phase Air-Water Measurements on Stepped Spillways: A physical study. Experimental Thermal and Fluid Science, 131, 110545, https://doi.org/10.1016 /j.expthermflusci.2021.110545.
Novakoski, C.K., Ferla, R., Prá, M.D., Canellas, A. V.B., Marques, M.G. & Teixeira, E.D. (2020). Stepped spillway with pre-aeration by a deflector: flow characteristics. Revista Brasileira de Recursos Hídricos (RBRH), 25, e26, https://doi.org/ 10.1590/2318-0331.252020190051.
Ostad Mirza, M.J., Matos, J., Pfister, M. & Schleiss, A.J. (2016). Effect of an abrupt slope change on air entrainment and flow depths at stepped spillways, Journal of Hydraulic Research. 55(3), 362-375.
Peng, Y., Zhang, X., Yuan, H., Li, X., Xie, C., Yang, S. & Bai, Z. (2019). Energy Dissipation in Stepped Spillways with Different Horizontal Face Angles, Energies, 12(23), 4469, https://doi.org/ 10.3390/en12234469.
Razmkhah, A, Asghari Pari, S.A. & Kordnaeij, M. (2021). Experimental investigating of the Effect of location of continuous Obstacle on the Stepped Spillway on Flow Characteristics with image processing. 19th Iranian Hydraulic Conference. Mashhad, Iran. (In Persian)
Roushangar, K. & Akhgar, S. (2021). Numerical and Experimental Study of Wedge Elements Influence on Hydraulic Parameters and Energy Dissipation over Stepped Spillway in Skimming Flow Regime. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 53(1), 12-12.
Torabi, H., Parsaie, A., Yonesi, H. & Mozafari, E. (2018). Energy dissipation on rough stepped spillways. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering. 42(3), 325-330.
Sánchez-Juny, M., Estrella, S., Matos, J., Bladé, E., Martínez-Gomariz, E. & Bonet Gil, E. (2022). Velocity Measurements in Highly Aerated Flow on a Stepped Chute without Sidewall Constraint Using a BIV Technique. Water, 14(16), 2587, https:// doi.org/10.3390/w14162587.
Wuthrich, D. & Chanson, H. (2015). Aeration performances of a gabion stepped weir with and without capping, Environmental Fluid Mechanics. 15(4), 711-730.
Zare, H.K. & Doering J.C. (2012). Effect of rounding edges of stepped spillways on the flow characteristics, Canadian Journal of Civil Engineering, 39(2), 140-153.
Zhang, G. & Chanson, H. (2018). Air-water flow properties in stepped chutes with modified step and cavity geometries, International Journal of Multiphase Flow, 99, 423-436.

  • تاریخ دریافت 11 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 21 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 27 اردیبهشت 1403