بررسی تاثیر دبی، شیب سرریز و مشخصات پله‌ها در سرریز اوجی-پلکانی بر روی استهلاک انرژی با استفاده از مدلهای عددی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد‌یار گروه عمران دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 سازه‌های هیدرولیکی دانشگاه سیستان و بلوچستان

چکیده

سرریزهای پلکانی یکی از اجزای هیدرولیکی سدها می‌باشند که از پله‌های متوالی از نزدیکی تاج تا پنجه سرریز تشکیل شده و هدف از طراحی آنها استهلاک انرژی می‌باشد. در این تحقیق برای شبیه‌سازی جریان بر روی سرریز پلکانی از نرم‌افزار Flow-3D که یک نرم‌افزار تحلیلی میدان جریان می‌باشد، استفاده شده است. مدل آشفتگی که برای این منظور استفاده شده است، مدل(RNG) K-ε می‌باشد و تعیین پروفیل سطح آزاد جریان به کمک مدل VOF انجام می‌شود. این تحقیق صرفا" جهت بررسی رژیم جریان غیر ریزشی در سرریزهای پلکانی انجام شده است. برای این منظور تعداد 112 مدل سرریز طراحی شده است که از این تعداد، 96 مدل اوجی پلکانی و 16 مدل اوجی صاف می‌باشد. مدل‌های پلکانی دارای 6 آرایش، 2 اندازه پله و 4 شیب متفاوت (15 درجه،30 درجه، 45درجه و 60 درجه) در زیر نقطه تماس می‌باشند و لبه پله‌ها از پروفیل WES تبعیت می‌کنند. سرریزهای اوجی صاف نیز از مشخصات متناظر برای شیب و پروفیل تاج برخوردار هستند. هدف از انجام این طرح بررسی تاثیر دبی(هد نسبی)، شیب سرریز، تعداد پله، آرایش پله و زبری پله بر روی استهلاک انرژی می‌باشد. در این تحقیق مشاهده شد که دبی عبوری از روی سرریز و شیب سرریز از پارامترهایی هستند که تاثیر بسیار زیادی بر افت انرژی سرریزهای پلکانی داشته و در دبی‌های بالاتر تعداد و آرایش پله‌ها تاثیر کمتری دارد. آرایش منطقی با در نظر گرفتن پارامترهای ذکر شده جهت دستیابی به حداکثر افت انرژی معرفی گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation on effect of Discharge, spillway's slope and step's characteristics on the Ogee-stepped spillway on energy dissipation by applying numerical models

نویسندگان [English]

  • Mehdi . Azhdary Moghaddam 1
  • Hossien . Shahheydari 2
  • Ehsan Jafari Nodushan 2
چکیده [English]

Stepped spillway's are one of hydraulic components of dams that made by straight step's near the spillway's crest to the toe to dissipate energy. In this study to simulate the flow over the stepped spillway, Flow3D software that is analytic flow field was used. The k-ε(RNG) model was the turbulence model which had been applied, and to determine the free surface flow profiles VOF model was used. The skimming flow regime was only considered. For this purpose 112 spillway models was designed that from which, 96 models were stepped models and 16 models were smooth models. Stepped models had six configurations, two step sizes and four different slopes (15degrees, 30degrees, 45degrees and 60degrees) below the contact points and also step edges were followed WES profile. Smooth spillways had also corresponding specifications for the slope and crest profiles. The goal of this study was investigating on the effects of discharge, spillway's slope, number of steps, configuration and steps roughness on energy dissipation. It was observed that discharge flowing over the spillway and slope of spillway were among the most effective parameters to achieve the highest energy dissipation on stepped spillways and in higher discharges, the number of steps and its configurations had less effects. Also a mentioned configuration considering the parameters to reach the maximum energy dissipation was introduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stepped spillway
  • Energy dissipation
  • FLOW3D software
  • VOF method

قدسیان، م.، 1382، هیدرولیک سد، دانشگاه تربیت مدرس تهران، انتشارات دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2- خداشناس، س.ر.، سرکرده، ح.، یزدی، ج.، شبیه‌سازی سه‌بعدی جریان بر روی سرریزهای پلکانی، هشتمین کنگره بین‌المللی مهندسی عمران، دانشگاه شیراز

3- شجاعی فر، م.ح.، نورپور هشترودی، ع.ر.، 1382، مقدمه‌ای بر دینامیک سیالات محاسباتی، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

4-Chanson, H., 2002, The Hydraulic Of Stepped Chutes&Spillways, Balkema ed, ISBN 90 5809 352 2

5- Chanson., H., 1994, Comparison Of Energy Dissipation Between Nappe and Skimming Flow Regime On Stepped Chutes, Journal Of Hydraulic Research, Vol.32, No.2, PP.213-218

6- Chanson, H., The hydraulic of stepped chutes and spillway, TC. 555, C.4623, 2001

7- Chinnarasi, C., Wongwisses, S., 2006, Flow Patterns and Energy Dissipation Over Various Stepped Chutes, Journal Of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, Vol.132, No.1, 70-76  

8- Azhdary Moghaddam, M., 1997, The Hydraulics Of Ogee-Stepped Spillway Profile, P.H.D Thesis, Ottawa, Canada