مدلسازی عددی افت انرژی در تندآب با موانع مکعبی

نویسندگان

1 سازه‌های آبی دانشکده علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز،

2 استاد دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز

3 تادیار گروه سازه‌های آبی دانشکده علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

در این تحقیق افت انرژی تندآب با موانع مستغرق مکعبی مورد بررسی قرار گرفت. از مزیت­های این روش بر روش­های قبلی مانند سرریز پلکانی، خطر کاویتاسیون کمتر آن می­باشد. برای تحلیل عددی از روش حجم محدود نرم‌افزار Fluent استفاده شده است. در این تحقیق جریان از نوع دائمی و اغتشاشی و سیال تراکم­ناپذیر در نظر گرفته شده است. مدل آشفتگی مورد استفاده در این تحقیق  می­باشد. به‌طورکلی می­توان گفت افت انرژی در مدل­های شاهد بین 11 درصد برای مدل با شیب 1 به 4 تا 66 درصد برای مدل با شیب 1 به 5 متغیر است. نتایج مقایسه افت در مدل­های با بستر دارای موانع در همه مدل­ها روند نزولی با شیب نسبتاً تند و همچنین نرخ کاهش به­صورت تقریباً خطی را نشان می‌دهد. در مقایسه افت انرژی در شیب­های مختلف، مقدار نسبی افت انرژی در شیب 1 به 4 دارای بیشترین و در شیب 1 به 5 دارای کمترین مقدار می­باشد. به‌طورکلی می­توان گفت افت انرژی در این مدل­ها نسبت به انرژی بالادست از 83 درصد برای مدل با شیب 1 به 4 تا مقدار 45 درصد در مدل با موانع مکعبی و شیب 1 به 8 متغیر است. همچنین در مدل­های با موانع بستر میزان افت انرژی از 18 تا 41 درصد نسبت به مدل شاهد افزایش داشته است. همچنین با استفاده از رگرسیون چند متغیره روابطی برای پیش­بینی افت انرژی استخراج شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of energy loss in the chute with submerge cubic obstacle

نویسندگان [English]

  • Mostafa Mirzaie-jeshni 1
  • Manoochehr Fathimoghadam 2
  • Ahmad Fathi 3
  • Asghar Akbari 1
1 M.Sc. Student, Department of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran.
2 Professor of faculty of Water Science Engineering of Ahvaz Chamran University
3 AssistantProfessor, Water Sciences Engineering Faculty, Shahid Chamran University, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In this study, energy loss in chutes with cubic submerged obstacles is investigated. The advantages of this method over previous methods such as stepped spillway are the less risk of cavitation. FLUENT finite volume software was used for numerical computation which employs finite elements method to solve flow equations. The flow was considered turbulent and fluid was considered incompressible. The turbulent model of  was used in this study. In general, for the range of discharges in this study, the energy loss varies from 11% in 1:4 slopes to 66% in 1:5 ones for witness models. The results of energy loss in blocked-bed models showed a downward and linear trend with a relatively steep slope. However, the “relative energy loss” was shown to be the most in 1:4 slope and the least in 1:5 slope. Moreover, the energy loss relative to upstream energy varies from 83% in models with 1:4 slope to 45% in the blocked-bed models with 1:8 slopes. Furthermore, energy loss in blocked-bed models has been increased from 18 to 41 percent in comparison to the control models. At last, using multivariate regression, some equations was extracted to estimate energy loss.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Chute
  • energy loss
  • submerged obstacle
  • numerical simulation
  • Fluent

رحمانشاهی، م و شفاعی بجستان، م. 1391. اثر ارتفاع زبری بستر تندآب بر استهلاک انرژی با استفاده از مدل فیزیکی. مجله دانش آب و خاک. دوره 22، شماره 2، تابستان 1391، صفحه 95-106.

رشیدی آوندی، م. 1395. اثر زبری مصنوعی در آبراهه­های شیب­دار بر عمق آبشستگی حوضچه‌های آرامش. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز. 97 ص.

Chow VT, 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Co, New York, NY

Design of Small Canal Structures.1987. United States Department of the Interior, Bureau of Reclamation. A technical Service Publication.

Fluent Inc. 2006, FLUENT, User's Guid, Fluent.

Oertel, M. 2011. Strömungsvisualisierung auf Blocksteinrampen in Riegelbauweise. Wasserwirtschaft, 101: 34-44.

Pagliara, S, Carnacina, N, and Palerm, M. (2009). “Energy dissipation in presence of block ramps with enlarged stilling basins.” 33rd IAHR Congress, Water Engineering for a Sustainable Environment.

Pagliara, S, and Chiavaccini, P. 2006. Flow resistance of rock chutes with protruding boulders. J. Hydraulic Engineerig. ASCE. 128(4): 545-553.

Das, R., D. Pal, S. Das, and A. Mazumdar. 2014. Study of Energy Dissipation on Inclined Rectangular Contracted Chute. Arabian Journal for Science and Engineering (Springer Science & Business Media BV), 39: 6995–7002.

 25, U.S. Department of Interior, Bureau of Reclamation, 1964, pp. 154-188

 

 

Rhone, 1. J 1971. Studies to Determine the Feasibility of a Baffled Apron Drop as a Spiliway Energy Dissipator-Conconully Dam Spillway-Okanogan Project, Washington, U.S. Bureau of Reclamation, Report REC-ERC-71- 29.

Rodi, W. 1979. Turbulence models and their application in hydraulics- a state-of-the-art review. IAHR, Delft, Netherlamds.

Yakhot, V. Orszag, S. A. Thangam, S. Gatski, T. B. Speziale, C. G. 1992. Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique. Physics of Fluids A, 4, 1510-1520.

Zulfequar, A, Nadimetla, M, P, and Bernhard, W. 2009. Energy Dissipation on Block Ramps with Staggered Boulders. J. Hydraulic. Eng. ASCE. 135(6), 522-526.