Laboratory Investigation of piano key weir wall angle (in horizontal and vertical directions and simultaneously in both directions) on flow discharge coefficient

Document Type : Original Article

Authors

1 Sirjan University of Technology.Sirjan.Iran

2 Sirjan university of Technology. Sirjan. Iran

Abstract

Piano key weir is a new form of nonlinear overflow that has been considered in recent years to increase the discharge coefficient and water storage in dam reservoirs, as well as flood discharge. The aim of this study is to investigate the effect of the angle of the side walls of the weir in the horizontal, vertical directions and simultaneous in both directions on the discharge coefficient. Hydraulic performance of 8 geometric parameters (W: weir width, Wi: inlet key width, Wo: outlet key width, P: weir height, L: weir length, Ht: water surface depth, α: horizontal wall angle, β: vertical wall angle) on discharge coefficient Using 6 models of PVC material, by labeling P‌αβ was tested in a laboratory flume. The experiments were performed on a rectangular piano key weir as a control and a trapezoidal piano key weir with P 07 10, P 90 13, P 03 90, P 03 11 and P 05 05 side wall angles. A total of 1598 data were measured to investigate the discharge coefficient and 1584 data for water level profiles. Based on the high flow results, the discharge coefficient of the trapezoidal piano key weirs in the P 05 05 model with a value of 41.6% is higher than the rectangular piano key weirs. In these models, the most influential factor on the discharge coefficient is the dimensionless geometric parameter L‌/‌W, which is based on the method of analysis of eviews statistical software by the discharge coefficient equation.

Keywords

Main Subjects

References

  1. ابریشمی، ج.، و م. حسینی. 1390. هیدرولیک کانال­های باز. چاپ سی و سوم، انتشارات دانشگاه امام رضا مشهد، 614  ص.

    اکبری خیرآبادی، م.، کرمی مقدم، م.، سبزواری، ت.، و ز. مقدم پور. 1399. بررسی آزمایشگاهی تأثیر زاویه دیواره جانبی و ارتفاع سرریز بر مقدار بار آبی و ضریب تخلیه جریان در سرریز کلید پیانویی ذوزنقه‌ای. نشریه تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، جلد 21، شماره 79، ص 110-93.

    رستمی، ح.، حیدرنژاد، م.، پور محمدی، م، ح.، کمان بدست، الف، ع.، و الف. بردبار. 1397. بررسی آزمایشگاهی ضریب تخلیه جریان در سرریزهای تک و دو سیکل کلید پیانویی و مقایسه آن با سرریز زیگزاگی پلان مستطیلی. نشریه تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، دوره 19، شماره 71، ص 66-51.

    صفرزاده، الف.، نوروزی، ب.، و ن. الف. شاهبازی. 1393. مدل­سازی عددی جریان روی سرریز کلید پیانویی انحنادار در پلان با استفاده از مدل سه بعدی. نشریه هیدرولیک، جلد 9، شماره 3، ص 79-61.

    کبیری سامانی، ع.، و الف. جواهری. 1390. هیدرولیک جریان بر روی سرریزهای کلیدپیانویی. رساله کارشناسی ارشد سازه­های هیدرولیکی. دانشگاه صنعتی اصفهان.

    م. پرهام. 1397. بررسی آزمایشگاهی تأثیر شکل تاج سرریز کلید پیانویی مثلثی، نیم دایره­ای و ذوزنقه­ای بر روی ضریب تخلیه دبی جریان. رساله­ی کارشناسی ارشد سازه­های هیدرولیکی. دانشگاه صنعتی سیرجان.

    Anderson, R. and B. Tullis. 2012. Piano Key Weir: Reservoir versus channel application. J. Irrig. Drain Eng, 138(8): 773–776.

    Blanc, P. and F. Lempérière. 2001. Labyrinth spillways have a promising future. International Journal on Hydropower and Dams, 8(4): 129-131.

    Crookston, B. M., Anderson, R. M., and B. P. Tullis. 2018. Free-flow discharge estimation method for piano key weir ies. Journal of Hydro-environment Research, 19, 160167.

    Khassaf, S. I., and M. B. Al-Baghdadi. 2015. Experimental Study of non-Rectangular Piano Key Weir Discharge Coefficient. International Journal of Energy and Environment, 6(5): 425.

    Kumar, M. Sihag, P. Tiwari, N. and S. Ranjan. 2020. Experimental Study and Modelling Discharge Coefcient of Trapezoidal and Rectangular Piano Key Weirs. Applied Water Science, 10: 1-9.

    Laugier, F., Lochu, A., Gille, C., Leite Ribeiro, M., and J. L. Boillat. 2009. Design and construction of a labyrinth PKW spillway at St-Marc Dam. J. Hydropower Dams. 15: 5. 100-107.

    Le, A. T., Hiramatsu, K., and T. Nishiyama. 2021.­ Hydraulic Comparison Between Piano Key Weir and Rectangular Labyrinth Weir. International Journal of GEOMATE, 20(82): 153-160.

    Leite Ribeiro, M. Bieri, M. Boillat, J. L. Schleiss, A. Singhal, G. and N. Sharma. 2012. Discharge Capacity of Piano Key Weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 138(2): 199-203.

    Lemperiere, F. and A. Ouamane. 2006. Design of a new economic shape of weir. The Internationnal Symposium on Dams in the Societies of the 21st Century, Barcelona.

    Machiels, O., Erpicum, S., Pirotton, M., Dewals, B., and P. Archambeau. 2012. Experimental Analysis of PKW Hydraulic Performance and Geometric Parameters Optimum. Paper Presented at the Proceedings of International Workshop on Piano Key Weir for In-stream Storage and Dam Safety-PKWISD.

    Novak, P. Guinot, V. Jeffrey, A. and D. E. Reeve. 2018. Hydraulic Modelling –An Introduction: Principles, Methods and Applications. Spon Press. New York.

    Pralong, J., Vermeulen, J., Blancher, B., Laugier, F., Erpicum, S., Machiels, O., Pirotton, M., Boillat, J. L., Leite Ribeiro, M. and A.J. Schleiss. 2011. A naming convention for the piano key weirs geometrical parameters. Proc. Int. Conf. In Labyrinth and Piano Key Weirs Liège B, 271–278.

    1. R. 2011. Piano Key Weir Head Discharge Relationships. Master of science thesis,Civil and Environmental Engineering Department, Utah State University.

     

Irrigation and Water Engineering
Volume 14, Issue 1 - Serial Number 53
September 2023
Pages 18-34

Files

Share

How to cite

Statistics