بررسی عددی تاثیر طول حوضچه آرامش بر میزان استهلاک انرژی جریان (مطالعه موردی سرریز سد چایلی)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی وشیروانی بابل

10.22125/iwe.2020.114954

چکیده

یکی از روش­های متداول برای کاهش استهلاک انرژی جنبشی جریان استفاده از حوضچه­ آرامش می­باشد. از مهمترین پارامترهای حوضچه آرامش که تاثیر زیادی بر هزینه­های ساخت آن دارد، طول حوضچه است لذا می­توان با بررسی و مطالعات دقیق سبب کاهش هزینه­های ساخت در آن شد. در این پژوهش در ابتدا با استفاده از داده­های آزمایشگاهی چانسون و چاچرو، حوضچه آرامش اجرا و واسنجی گردید. سپس سرریز سد چایلی با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D و بامدل آشفتگی RNG مدلسازی و پارامترهای هیدرولیکی جریان با  اعمال تغییرات در طول حوضچه آرامش مورد بررسی قرارگرفته است. بررسی­های صورت گرفته نشان می­دهد، افزایش و کاهش طول حوضچه آرامش و قرار­گیری آبپایه انتهایی بر خصوصیات جریان و همچنین میزان اتلاف انرژی اثرهای متفاوتی دارد. از آنجایکه افزایش میزان استهلاک انرژی، مطلوب ما می­باشد لذا در بین حالت­های مختلف طول حوضچه آرامش، افزایش طول حوضچه انتخاب می­گردد. افزایش طول حوضچه آرامش سبب افزایش استهلاک انرژی جریان و کاهش فشار و نیروی وارد بر آب­پایه انتهایی می­شود. به طوری که استهلاک انرژی جریان با افزایش طول حوضچه آرامش به 90 متر و 120 متر نسبت به مدل مرجع با طول 75 متر به ترتیب 55/0 و 8/2 درصد افزایش و نیروی وارد بر دیوار قائم آب­پایه انتهایی به ترتیب 63/5 و 45/3 درصد کاهش داشته است. در ادامه اثر قرارگیری بلوک مستطیلی بر نیرو و میزان استهلاک انرژی جریان ارزیابی شد. نتایج نشان داد که ایجاد بلوک مستطیلی در درون حوضچه آرامش سبب کاهش عمق ثانویه پرش و کاهش 1/7 درصدی نیرو و افزایش افت نسبی انرژی به اندازه 31/14 درصد نسبت به حوضچه مرجع در حالت صاف شده است به نحوی که استفاده از بلوک­ها حوضچه آرامش را نسبت به تغییرات در طول حوضچه اقتصادی­تر خواهد نمود. بر این اساس، از نتایج این تحقیق و روش­های مورد استفاده در آن می­توان بعنوان ایده‌ای برای تعیین حوضچه آرامش بهینه استفاده نمود

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Stilling Basin Length on Flow Energy Dissipation (Case Study of the Chaili Dam Spillway)

نویسندگان [English]

  • Mehdi Hamidi 1
  • Fatemeh Mohammadhoseyni 2
1 Faculty of Civil Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
2 Faculty of civil engineering , babol noshirvani university of technology
چکیده [English]

One of the most common ways to reduce kinetic energy dissipation is to use a stilling basin. One of the most important parameters of the stilling basin, which has a great impact on its construction costs, is the length of the basin, so it is possible to reduce construction costs by examining and studying it carefully. In this study, the stilling basin was first performed and calibrated using the laboratory data of Chanson and Chachru. Then the spillway of the Chaili dam was investigated using Flow-3D software with RNG turbulence modeling model and flow hydraulic parameters by applying changes along the stilling basin. Studies show that increasing and decreasing the length of the stilling basin and the placement of the end-sill have different effects on the flow characteristics as well as the amount of energy loss. Since increasing the amount of energy consumption is desirable, so among the various modes of the length of the stilling basin, increasing the length of the basin is selected. Increasing the length of the stilling basin increases the energy dissipation and reduces the pressure and force on the end-sill. So that the energy dissipation by increasing the length of the stilling basin to 90 meters and 120 meters compared to the reference model with a length of 75 meters increased by 0.55 and 2.8 percent, respectively, and the force applied to the vertical wall of the end sill, respectively, 5.63 and 3.45 percent decreased. The effect of the placement of the rectangular block on the force and the amount of energy dissipation of the flow was evaluated. The results showed that creating a rectangular block inside the stilling basin reduced the secondary depth of jump and reduced the strength by 7.1% and increased the relative energy loss by 14.31% compared to the stilling basin in the flat state so that the use of blocks They will make the stilling basin than the changes along the stilling basin. Based on this, the results of this research and the methods used in it can be used as an idea to determine the optimal stilling basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Energy dissipation
  • FLOW-3D software
  • Stilling basin
  • Turbulence model RNG
خواجه گودری، م.، شفاعی بجستان، م.1396. مشخصات پرش هیدرولیکی روی بستر با المان­های شش پایه نفوذپذیر. علوم و مهندسی آبیاری، جلد40، 15-25.
مینایی، ع.، دانش­فراز، ر.، انصاری جمالی­فر. 1396. بررسی عددی استهلاک انرژی در حوضچه آرامش سریز سد قلعه چای. شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، اردبیل، انجمن هیدرولیک ایران، دانشگاه محقق اردبیلی.
بیرامی، م.، ایلاقی­حسینی، د.1384. کنترل پرش هیدرولیکی توسط یک یا دو آب­پایه در حوضچه آرامش واگرا. 25-33.
بهشتی، م.، حمیدی، م.، محمدحسینی، ف. 1395. عملکرد هیدرولیکی جریان دو فازی آب و هوا بر روی تنداب­های پلکانی با موانع بلوکی. نهمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد.
قاسم‌زاده، ف. 1392. شبیه‌سازی مسائل هیدرولیکی در Flow-3D.. چاپ دوم، انتشارات نوآور، تهران.
هوشیاری­پور، ف، دهقان، م.، مهاجری، ح. 1398. بررسی تاثیر زاویه واگرایی حوضچه آرامش و موقعیت آب­پایه بر خصوصیات پرش هیدرولیکی با مدلسازی عددی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 51، شماره 1، صفحات 85 تا 98.
بهنام­طلب، ا.، قدسیان، م.، زراتی، ا.، نیشابوری، ع. 1398. اصلاح هندسی حوضچه آرامش VI USBR با استفاده از مدل عددی. مجله علمی- پژوهشی هیدرولیک، دوره 13، شماره 4.
 جعفری، 1.، احمدی، ح. 1396. مطالعه عددی تاثیر شکل و ابعاد بلوک­های حوضچه آرامش در میزان استهلاک انرژی. مجله علمی تخصصی مهندسی و مدیریت ساخت، دوره ۱، شماره 14، صفحه 1-11.
Ohtsu, I. and Yasuda, Y. 1991 .Transition from supercritical to subcritical flow at an abrupt drop..Journal of Hydraulic Research, Vol. 29, No.1, pp. 309-328.
Mossa, M., Petrillo, M. and Chanson, H. 2003 .Tail water level effects on flow conditions at an abrupt drop. Journal of Hydraulic Research, Vol. 41, No.1, pp. 39-51.
Chanson H and  Chachru Y. 2011. Bubbly flow measurements in hydraulic jumps with small inflow Froude Numbers. International Journal of Multiphase Flow, 37(6): 555-564.
Abdelazim, M.A and Yasser, A.M. 2010. Effect of stilling basin shape on the hydraulic characteristics of the flow downstream radial gates. Alexandria Engineering Journal, Vol. 49, pp. 393-400.
Flow-3D user manual Excellence in flow modeling software. 2017. v 11, Flow Science, Inc., Santa Fe, N.M.
Fathi-Moghadam, M., Haghighipour, S., Lashkar-ara, b., Aghtouman, P. 2011. Reduction of stilling basin length with tall end sill. Elsevier- Journal of Hydrodynamics, 23 (4): 498-502.
Henderson, F.M. 1966 .Open Channel Flow. Macmillan Publishing co. Inc. New York. pp. 1-76.
Y. Shekari, M. Javan, A. Eghbalzadeh. 2015. Effect ofturbulence models on the submerged hydraulic jump simulation, Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 56(3) , 454-46.
H. Babaali, A. Shamsai, H. Vosoughifar. 2015. Computational Modeling of the Hydraulic Jump in the Stilling Basin with ConvergenceWalls Using CFD Codes, Arab. J. Sci. Eng., 40,381–395.
H. Ghoveisi, M.H. Omid, G.A. Kiker. 2016. Investigation of the effect of expansion angle on gradually expanding hydraulic jump in trapezoidal channel, Conference: 2016 American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE), DOI: 10.13140/ RG.2.2.25563.98080. 
Aleyasin, S.S., Fathi, N. and Vorobieff, P. 2015. Experimental Study of the Type VI Stilling Basin Performance. Journal of Fluids Engineering, 137(3), p. 034503.
Zahed, E., Farhoudi, J., and Javan, M. 2010. “Similarity of scour evolution downstream of stilling basin with an end sill”, New Aspects of Fluid Mechanics, Heat Transfer and Environment, ISBN: 978-960-474-215-8.
Biabani, S., Hamidi, M., & Neya, B. N. 2019. Numerical simulation of the Chute Convergence effects on Forming the Transverse Wave in Flood Evacuation Systems. Journal of Hydraulics, 14(3), 67- 84. doi: 10.30482/jhyd.2019.174636.1373