بررسی عددی تاثیر آرایش هندسی موانع بر میزان استهلاک انرژی جریان عبوری از روی شوت‌های مانع‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه زنجان

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه زنجان

3 گروه آب دانشکده مهندسی عمران دانشگاه زنجان

چکیده

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Flow-3D به شبیه­سازی عددی رفتار جریان در شوت­های مانع­دار پرداخته شده است. به همین منظور ابتدا با بهره­گیری از اطلاعات مدل آزمایشگاهی و پس از تعریف شرایط مرزی لازم، صحت­سنجی محاسبات عددی مذکور انجام پذیرفت. سپس تاثیر فاصله بین ردیف­های موانع در دو حالت فواصل یکنواخت و غیریکنواخت بر میزان استهلاک انرژی در شوت با طول ثابت مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله نشان می­دهد افزایش دو برابری فواصل ردیف­های موانع در حالت فواصل یکنواخت بین ردیف­ها، کاهش نسبتاْ کم (حدود 5/17 درصد) میزان استهلاک انرژی را در پی دارد با این وجود افزایش فواصل ردیف­ها منجر به بهبود عملکرد هر کدام از ردیف­ها می­گردد. در بررسی دیگر نتایج نشان داد چنانچه فاصله­ی ردیف­ها در طول شوت غیریکنواخت باشد و در راستای طولی شوت بطور تصاعدی افزایش یابد، با وجود کاهش تعداد ردیف موانع در طول کل شوت همچنان استهلاک انرژی نسبت به مدل متناظر با فواصل یکنواخت ردیف­ها افزایش خواهد یافت. علاوه بر بررسی اثر فواصل موانع در راستای طولی شوت، تاثیر تعداد موانع در هر ردیف (در راستای عرضی شوت) بر میزان استهلاک انرژی نیز مورد بررسی قرار گرفت در این بررسی درصد انسداد ثابت در نظر گرفته شد بنابراین افزایش تعداد بلوک­های هر ردیف با کاهش عرض هر بلوک همراه است. نتایج این بررسی نشان داد که افزایش تعداد موانع در عرض شوت، تاثیر چندانی (تغییرات کمتر از 2درصد) بر میزان استهلاک انرژی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Geometric Arrangement of the Baffles on the Energy Dissipation Rate of the Baffled Chutes

نویسندگان [English]

  • Hamid Rafiei 1
  • Jalal Bazargan 2
  • َAli Babakhani 3
1 Department of Water and Hydraulic Structures Engineering, Zanjan University, Zanjan, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Zanjan University
چکیده [English]

Baffled chutes are energy dissipation structures that are used in chutes and water conveyance and distribution structures. Energy dissipation in these structures occurs by the flow collision with the upstream side of the installed baffles on the chute. In the present study, the Flow-3D numerical model was used to simulate flow behavior on the baffled chutes. For this purpose, the numerical calculations were validated using the available experimental data upon introduction of the boundary conditions. Then, the effect of the distance between the baffle rows on the energy dissipation rate of the baffled chutes was studied. The results showed that for a fixed distance between the baffles according to the USBR recommendation, by increasing the distance between the baffle rows (decreased number of baffles), the flow collision to the baffles decreased and consequently, energy dissipation rate decreased. In addition, by continuous increase of the distance between the baffle rows on the chute, the energy dissipation rate on the chute increased (even with smaller number of baffles). In the present study, the effect of increasing the number of baffles on the chute width was studied by keeping a constant blockage. The results showed that by increasing the number of baffles on the chute width (for a constant blockage), the energy dissipation rate did not change significantly. However, the blockage magnitude in the chute width influenced the energy dissipation rate of the chute.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Dissipation
  • Baffled Chutes
  • Geometric Arrangement
  • Flow-3D
بیگی هرچگانی، ص و منتصری، م.، 1396، بررسی استهلاک انرژی در سرریز پلکانی با استفاده از Fluent، دومین کنفرانس هیدرولوژی ایران، دانشگاه شهرکرد.
جم ، م .، طالب بیدختی، ن .، و مردشتی، ا. 2014. ارزیابی استهلاک انرژی روی سرریز دندانه‌دار بلوکی و مقایسه آن با سرریز پلکانی. نشریه هیدرولیک, 9(2), 1-10.‎
رزم­آرا ، س و منصوری، ع.،  1398 بررسی عوامل اثرگذار بر استهلاک انرژی در سرریز پلکانی، فصلنامه علمی و تخصصی مهندسی آب. 187-200.
حکمت­زاده، ع. و پاپاری، س.، 2015، بررسی کاویتاسیون و استهلاک انرژی روی سرریزهای پلکانی با شیب کم به کمک روش عددی حجم محدود. کنفرانس و نمایشگاه مهندسی آب، دانشگاه شهید بهشتی.
کاتورانی، س.، کاشفی­پور، س.م.، 1393. اثر مشخصات هندسی مانع و شیب کف دراپ روی شرایط هیدرولیکی جریان در دراپ های مانع دار. نشریه علوم مهندسی و آبیاری. 37 (2)، 51-59.
نوروزی، ر.، دانشفراز، ر. و بازیار، ع،.1399.، بررسی استهلاک انرژی ناشی از بکارگیری صفحات مشبک قائم در پایین دست شیب-شکن‌های مایل با روش ترکیبی عصبی – فازی تطبیق‌پذیر، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، انتشار آنلاین.
Ahmad, Z., Petappa, N. M., & Westrich, B. (2009). Energy dissipation on block ramps with staggered boulders. Journal of Hydraulic Engineering, 135(6), 522-526.
Brown, C., Crowley, R. 2018. United States Bureau of Reclamation Type IX Baffled Chute Spillways. In Multidisciplinary Digital Publishing Institute Proceedings (Vol. 7, No. 1, p. 13).
Chen, Q., Dai, G., & Liu, H.2002. Volume of fluid model for turbulence numerical simulation of stepped spillway overflow. Journal of Hydraulic Engineering, 128(7), 683-688.
Chinnarasri, C., Wongwises, S. 2006. Flow patterns and Energy dissipation over various stepped chutes. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 116(4): 587-691.
Christodoulou, G. C. 1993. Energy dissipation on stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 119(5):644-649.
Daneshfaraz, S. Sadeghfam, A. Ghahramanzadeh, 2017.  Three-dimensional numerical
Investigation of flow through screens as energy dissipators, Canadian Journal of Civil Engineering, 44(10) (2017) 850-859.
Daneshfaraz, R., MajediAsl, M., Mirzaee, R., Tayfur, G. 2020. Hydraulic jump in a rough sudden symmetric expansion channel, AUT Journal of Civil Engineering,
Daneshfaraz, R., Bagherzadeh, M., Esmaeli, R., Norouzi, R. and Abraham, J., 2020. Study of the performance of support vector machine for predicting vertical drop hydraulic parameters in the presence of dual horizontal screens. Water Supply. 21 (1), 217-231.
Katourany, S., Kashefipour, S. M. 2012. Experimental investigation the effect of space and size of baffles on energy dissipation in baffled apron drop. Archives Des Sciences, 65(6).
Nayebzadeh B., Lotfollahi-Yaghin M. A., Daneshfaraz R. 2021. Experimental study of Energy Dissipation at Vertical Drops Equipped to Vertical Screen with Gradually Expanding at the Downstream. Amirkabir J. Civil Eng., 52(12): 1-4.
Peterka, A. 1964. Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators. Engineering Monograph No 25 U.S. Department of Interior Bureau of Reclamation pp 154-188.
Rhone,L. J. 1971. Studies to Determine the Feasibility of a Baffled Apron Drop as a Spillway Energy Dissipator-Conconully Dam Spillway-Okanogan Project. Washington U.S. Bureau of Reclamation Report REC-ERC-71-29.
Tabbara, M., Chatila, j.,and Awwad, R,.2015. Computational simulation of flow over
Stepped spillways. Journal of computers and Structures.No.  83, 2215-2224.