مطالعه موردی بررسی عددی شکل‌گیری کاویتاسیون در سرریز نیلوفری با استفاده از نرم‌افزار Flow3D

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس تهران

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری

3 گروه سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

در سرریزهای نیلوفری در محل ورودی سرریز و محل اتصال ورودی قیفی­شکل و شفت قائم و همچنین در محدوده زانویی، پیش­بینی می­شود که امکان وقوع کاویتاسیون وجود داشته باشد. این موضوع باعث شده است سرریزهای نیلوفری به عنوان یکی از مستعدترین سرریزها برای شکل­­گیری کاویتاسیون شناخته شوند. در این تحقیق با استفاده از شبیه­سازی عددی این موضوع بررسی شده است. برای مدل­سازی عددی از نرم­افزار Flow3D استفاده شده و برای معتبرسازی، نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده، که تطابق مطلوبی را بین نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی نشان می­دهد. در این شبیه­سازی، پارامترهای سرعت و فشار برای دبی­های مختلف وهمچنین امکان­پذیری وقوع کاویتاسیون با محاسبه شاخص کاویتاسیون بررسی شده است. نتایج این تحقیق نشان می­دهند در محدوده ورودی سرریز، بدلیل جدایش جریان حاصل از تغییر شیب مماس به سطح هندسه، فشار منفی ایجاد شده و در دبی­های قبل از استغراق، کاویتاسیون وجود خواهد داشت و در رژیم جریان مستغرق بدلیل کاهش سرعت، امکان وقوع کاویتاسیون وجود ندارد. شفت قائم، در حالت رژیم جریان آزاد، همانند سرریز شوت عمل کرده و بدلیل کمتر بودن اصطکاک، سرعت زیاد بوده و امکان وقوع کاویتاسیون وجود خواهد داشت. ولی در حالت استغراق بدلیل وجود جریان آرام­تر، کاویتاسیون مشاهده نمی­گردد. در محدوده زانویی بدلیل انقباض جریان در ابتدا و انتهای زانویی، کاویتاسیون محتمل می­باشد، اما در بقیه نقاط، شاخص کاویتاسیون از محدوده بحرانی فاصله دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the formation of cavitation in the morning glory spillway

نویسندگان [English]

  • Majid Ehsani 1
  • Ehsan Behnamtalab 2
  • Ali akbar Salehi Neyshaboury 3
1 PhD candidate of hydraulic structure, civil engineering department, Isfahan University of Technology
2 Assistant professor of hydraulic, department of engineering, Hakim Sabzevari University
3 Professor, Water engineering department, Tarbiat Modares University, Iran,
چکیده [English]

Morning glory spillway is one of the most susceptible cases for the occurrence of the cavitation phenomena. At the entrance of the spillway, the junction of the funnel entrance, the vertical shaft and within the elbow, cavitation is expected.  In the present study, the flow characteristics included the inlet and outlet discharge and the velocity and pressure in the elbow walls were calculated for Alborz dam spillway by using of Flow3D software and the results were compared with the experimental data. The comparison of the numerical results and the experimental data showed the good agreement between them. Also, the occurrence probability of the cavitation in various parts of the morning glory spillway was investigated using of the cavitation index. The results showed that the negative pressure occurs at the entrance of the spillway due to the flow separation. The cavitation was observed just at discharges less than submerged dischargeand there was notoccurrence probability of the cavitation in the submerged flow regime. In addition, the vertical shaft will act such as chute spillway in the case of the free surface regimeand because of the less friction and the high velocity, there was the occurrence probabilityof the cavitation. In the case ofthe submerged flow regime, duo to the low velocity, cavitation was not observed.Finally, there was the occurrence probability of cavitation at the beginning and the end of the elbow, but in the other points of the spillway, cavitation index was more than the critical cavitation index.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Morning Glory Spillway
  • Physical Model
  • Numerical Model
  • Hydraulic Parameter
  • Cavitation

منابع

روحانی م ،"شبیه­سازی عددی شکل­گیری کاویتاسیون در سرریز شوت"؛ پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران، مهندسی آب، 1385، دانشگاه تربیت مدرس

 طباطبایی ج ، "کاویتاسیون در سازه­های هیدرولیکی و راه­های مقابله با آن"؛ پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران، مهندسی سازه­های هیدرولیکی، 1371، دانشگاه صنعتی شریف

غفاری م، "بررسی کاویتاسیون در سرریزهای نیلوفری با استفاده از منطق فازی و مدل های CFD"؛ پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران، مهندسی آب،1391، دانشگاه سیستان و بلوچستان

گزارش مدل هیدرولیکی سیستم تخلیه سیلاب سد مخزنی البرز "، موسسه تحقیقات آب ایران، 1380 5- رمضانی س، کاویانپور م.ر، (1392)،"بررسی عددی و آزمایشگاهی میدان جریان در سرریزهای نیلوفری"،پایان­نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

Eisenhauer, N., 1987. Location of Aerators in Spillways. Concrete International, 9(3), pp.62-66.

 Asadsangabi, F., Talebbeydokhti, N. and Rahnavard, M., 2014. Two phase flow modeling in shaft-spillways using volume of fluid (VOF) method. Iranian Journal of Science and Technology. Transactions of Civil Engineering, 38(C1), p.99.

Enjilzadeh, M.R. and Nohani, E., 2016. Numerical Modeling of Flow Field in Morning Glory Spillways and Determining Rating Curve at Different Flow Rates. Civil Engineering Journal, 2(9), pp.448-457.

Falvey, H.T., 1982. Predicting cavitation in tunnel spillways. WATER POWER & DAM CONSTRUCT., 34(8), pp.13-15.

Flow3D. User Manual. 2008.

Vischer, D., Hager, W.H. and Cischer, D., 1998. Dam hydraulics (No. 978-0, pp. 471-97289). Chichester, UK: Wiley.