نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

آنالیز بررسی نیروهای هیدرودینامیکی در پرتاب کننده جامی سد (مطالعه موردی : سد جره)

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 گروه آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران
2 گروه آب و سازه های هیدرولیگی، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران
3 گروه آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
چکیده
سرریزها از اصلی‏ترین اجزاء سد می‏باشند که باعث کاهش انرژی مستهلک آب می‏گردند. از جمله سرریزهای که از لحاظ اقتصادی بسیار با صرفه می‏باشند، پرتاب کننده جامی می‏باشد. در اجراء این پرتاب کننده‏ها، طراحی براساس ماکزیمم فشار و نیرو صورت می‎گیرد که باعث طراحی بسیار بالا از نظر اقتصادی و هم از لحاظ زمان اجرا خواهد شد. با استفاده از مطالعات صورت گرفته نیز یک طراحی منطقی صورت خواهد گرفت. در این مطالعه با استفاده از حل تحلیلی معادلات حاکم بر توزیع فشار به وسیله انتگرال‏گیری معین و با استفاده از روش گاما معادله توزیع نیرو بدست آمده است. در ابتدا با استفاده از داده‏های آزمایشگاهی سد جره، توزیع فشار بدست آمد و با استفاده از توزیع فشار، توزیع نیرو بدست آمده است، سپس برای چک نمودن آن با روش عددی، از نرم‏افزار FLOW-3D استفاده شده است، که با استفاده از آن، روش حجم محدود (Volume of Fluid) برای تعیین جریان سطح آزاد و سپس با استفاده از FAVOR (Fractional of Area/Volume Representation) برای در نظر گرفتن موانع در میدان جریان استفاده شده است. با استفاده از مدل‏های عددی فشار و سرعت سد مذکور، معادلات فشار و نیرو برای آن بدست آمده است، این نتایج عددی با نتایج تحلیلی بدست آمده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته شد. درصد خطا مطالعات تئوری و عددی 28 درصد و از نظر تغییرات مکان و جابه‏جایی 5 درصد می‏باشد. با استفاده از توزیع نیرو، یک طراحی بسیار منطقی از لحاظ اقتصادی برای مقادیر بتن‏ریزی سرریز مورد نظر ارائه گردید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Abbas, F.M. & Tanaka, N. (2022). Utilization of geogrid and water cushion to reduce the impact of nappe flow and scouring on the downstream side of a levee. Fluids7(9), 299-316.
ArefPour, M. & FathiMoghadam, M. )2012(. Investigation of vacuum generation on Balaroud cup launcher using physical model, 4th Iran Water Resources Management Conference, Amirkabir University. (In Persian)
Castillo, L.G., Castro, M., Carrillo, J.M., Hermosa, D., Hidalgo, X. & Ortega, P. (2016). Experimental and numerical study of scour downstream Toachi Dam. In Sustainable Hydraulics in the Era of Global Change, Proceedings of the 4th European Congress of the International Association of Hydroenvironment Engineering and Research, IAHR.
Castillo, L.G. & Carrillo, J.M. (2017). Comparison of methods to estimate the scour downstream of a ski jump. International Journal of Multiphase Flow92(2), 171-180. Doi.org/10.1016/ j.ijmultiphaseflow.2017.03.006.
Chanson, H. (2014). Embankment dam spillways and energy dissipators, In: Labyrinth and Piano Key Weirs II - PKW 2013. Proceedings of 2nd International Workshop on Labyrinth and Piano Key Weirs PKW 2013, 20-22 Nov., Paris-Chatou, France, CRC Press, 23-37
Chanson, H. (2015). Embankment overtopping protection systems. Acta Geotechnica10(2), 305-318.
Chanson, H. & Feleder, S. (2017). Hydraulics of selected hydraulic structures. In: Open Channel Hydraulics, River Hydraulic Structures and Fluvial Geomorphology, Ch. 2, 25-45.
Chen, S.H. (2015). Actions on hydraulic structures and their effect combinations. In: Hydraulic Structures, 139-194. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/ 10.1007/978-3-662-47331-3_4.
Coombs, R. (2016). A comparison of model techniques at a stepped masonry spillway. Dams and Reservoirs26(1), 19-26.
Douglas, K., Pells, S., Fell, R. & Peirson, W. (2018). The influence of geological conditions on erosion of unlined spillways in rock. Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrogeology51(2), 219-228.
Fraser, C.N. (2016). Ski-jump energy dissipation: design of a ski-jump to maximise energy dissipation and aeration, Doctoral dissertation, Stellenbosch: Stellenbosch University.
Freitas, M.R. (2020). CFD modelling for the study of structural stability of dams and spillways subject to overtopping, Dissertação de Mestrado em Estruturas e Construção, http://icts.unb.br/jspui/ handle/10482/36816.
Ghanizadeh, E. & Ghanizadeh, M. (2017). Evaluation of Stability and Performance of Dam Foundations at Static State. European Journal of Sustainable Development6(2), 272-2823.
Ghzayel, A. & Beaudoin, A. (2023). Three-dimensional numerical study of a local scour downstream of a submerged sluice gate using two hydro-morphodynamic models, SedFoam and FLOW-3D. Comptes Rendus. Mecanique35(2), 525-550.
Haselsteiner, R. & Trifkovic, A. (2019). The redesign of a plunge pool slab for a temporary diversion due to dynamic pressures. In: Sustainable and Safe Dams Around the World/Un monde de barrages durables et sécuritaires, 178-187, CRC Press.
Hojjati, S.H. & Salehi Nishabouri, S.A.A. )2014(. Simulation of the flow on a triangular throwing cup and investigation of the range parameter of the jet exiting from the cup, Proceedings of the Civil Engineering and Sustainable Development, Mashhad. (In Persian)
Khalifehei, K., Azizyan, G., Shafai-Bajestan, M. & Chau, K.W. (2020). Experimental modeling and evaluation sediment scouring in riverbeds around downstream in flip buckets. International Journal of Engineering33(10), 1904-1916.
Koen, J., Bosman, D.E. & Basson, G.R. (2019). Artificial aeration on stepped spillways with piers and flares to mitigate cavitation damage, Journal of the South African Institution of Civil Engineering, 61(2), 28-38.
Matos, J. & Meireles, I. (2014). Hydraulics of stepped weirs and dam spillways: Engineering challenges, labyrinths of research. In: ISHS 2014-Hydraulic Structures and Society-Engineering Challenges and Extremes: Proceedings of the 5th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, 1-30. The University of Queensland.
Matos, J., Novakoski, C.K., Ferla, R., Marques, M.G., Dai Pra, M., Canellas, A.V.B. & Teixeira, E.D. (2022). Extreme pressures and risk of cavitation in steeply sloping stepped spillways of large dams. Water, 14(3), 306-318.
Moreira, A.M.B. (2021). Numerical modelling of spillways and energy dissipators using the smoothed particle hydrodynamics method, Doctoral dissertation, Universidade do Porto, Portugal.
Pereira, G.M. (2020). Spillway Design-Step by Step. CRC Press.
Qajarieh, M. (2012). Investigation of pressure fluctuations in the rapid spillway of Jarah Dam, 4th Iran Hydraulic Conference, Amirkabir University, Tehran. (In Persian)
Siskos, Ι (2023). Seismic behaviour of hardfill dams, PhD Thesis, University of Thessaly, http://dx.doi.org/10.12681/eadd/54826.
Torres Mansilla, C. (2018). Numerical Modelling of Hydraulic Free Surface Flows and Scale Effects Associated with Physical Modelling, Doctoral dissertation, University of Leeds.
Wahl, T.L. & Falvey, H.T. (2022). SpillwayPro: integrated water surface profile, cavitation, and aerated flow analysis for smooth and stepped chutes. Water14(8), 1256-1264.
Wuthrich, D., Chamoun, S., Bollaert, E.F., De Cesare, G. & Schleiss, A.J. (2021). Experimental and numerical study on scour-protection methods in a stilling basin: Case study of Chancy-Pougny Dam. Journal of Hydraulic Engineering147(6), 101-114.
Yamini, O.A., Kavianpour, M.R. & Movahedi, A. )2020(. Performance of hydrodynamics flow on flip buckets spillway for flood control in large dam reservoirs. Journal of Human, Earth and Future9(1), 39-47.
Yang, J., Andreasson, P., Teng, P. & Xie, Q. (2019). The past and present of discharge capacity modeling for spillways A Swedish perspective. Fluids4(1), 10-19.

  • تاریخ دریافت 31 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 04 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 12 شهریور 1403