بررسی تحلیلی-انتگرالی هیدرولیک جریان در سرریزهای کلید پیانویی با دیواره‌های سپری پیوسته و ناپیوسته

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازه‌های آبی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز،

2 استایار گروه سازه‌های،دانشکده علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

در سال­های اخیر، با توجه به ظرفیت تخلیه بالای سرریزهای کلید پیانویی نسبت به سرریزهای خطی و همچنین افزایش حجم ذخیره مخازن سدها، کاربرد آن‌ها فزونی یافته است. با توجه به کاهش عملکرد سرریزهای کلید پیانویی در بارهای آبی زیاد، پژوهش حاضر به بررسی آزمایشگاهی ترکیب­های مختلف دیواره سپری بدون­شیب منقطع و شیبدار در طول‌های مختلف بر عملکرد سرریز کلید پیانویی می‌پردازد. نتایج آزمایش‌های این تحقیق که در یک کانال آزمایشگاهی انجام شد، نشان داد که با روش حل انتگرالی، قرارگیری دیواره سپری بدون شیب بر روی تاج جانبی سرریز با ارتفاع 5/4 سانتی­متری حدود 35 درصد عملکرد سرریز را بهبود می­بخشد. این در حالی است که قرارگیری دیواره سپری بدون شیب بر کل تاج سرریز افزایش 8/14 درصدی راندمان سرریز را در پی داشت. همچنین قرارگیری دیواره سپری شیبدار نیز منتج به بهبود عملکرد سرریز شد. در واقع مطابق با روش مذکور، مشخص گردید که قرارگیری دیواره‌های سپری غیرپیوسته کارایی هیدرولیکی سرریز را بهبود می‌بخشند. در نهایت نیز با استفاده از نرم‌افزار آماری SPSS، دو رابطه جهت تخمین ضریب دبی سرریز کلید پیانویی با وجود دیواره سپری بدون‌شیب و شیب‌دار استخراج شد که به‌ترتیب دارای ضریب تعیین 783/0 و 941/0 و شاخص­های اندازه­گیری خطا، RMSE و MAE، برای مدل‌های بدون‌شیب، به‌ترتیب برابر با 048/0 و 029/0 ، و برای مدل‌های شیب‌دار به‌ترتیب برابر با 03/0 و 025/0 بود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analytical integration investigation of hydraulic of piano key weirs (PKW) with Continues and discontinues parapet walls

نویسندگان [English]

  • bahareh Yarmohammadi 1
  • Javad Ahadiyan 2
1 Msc Student of Hydraulic Structures, Faculty of Water Sciences and Engineering, Shahid Chamran University, Ahwaz, Iran
2 Assistant Professor, Water engineering department, Faculty of Water Science Engineering, shahid chamran university
چکیده [English]

Nowadays piano key weirs (PKW) are widely used in many projects, because, in comparison to linier weirs, they have high discharge capacity and more storage volume of dam reservoir. The piano key weirs performance reduce in high discharges, so this research investigate the various combinations of interrupted non-sloped and sloped parapet walls on the piano key weirs performance. It is used an experimental flume to do research. By using analytical integration method, the results show that they improve the weir performance about 35 percent, when the 4.5-centimeter-hight non-sloped parapet walls were on the weir’s side crest, while setting non-sloped parapet walls on the whole of the weir crest increase it about 14.8 percent. In addition the sloped parapet walls improve the weir performance. According to this method, the results show that the discontinued parapet walls improve the weir performance. Finally, by SPSS software, two equations were developed for the piano key weirs discharge coefficient with sloped and non-sloped parapet walls. For non-sloped models, these equations have respectively regression coefficients, measuring error index, RMSE, and MAE about 0.783, 0.048 and 0.03, but for sloped models, they are about 0.941, 0.03, and 0.025.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Analytical integration solution
  • parapet wall without interrupted slope
  • sloped parapet wall
  • piano key weir

 

    افضلیان ع. ر. 1393. بررسی خصوصیات هیدرولیکی سرریزهای PKW تحت هندسه متفاوت  پایه و تاج­جانبی. پایان­نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی. دانشگاه شهید چمران اهواز.

    Anderson, R. M. 2011. Piano Key Weir Head Discharge Relationships. All Graduate Theses and Dissertations. Utah State University.

    Anderson, R. M., and B.Tullis. 2013. Piano Key Weir Hydraulics and Labyrinth Weir Comparison. J. Irrig. Drain Eng. 139(3): 246–253.

    Anderson, R. M., and B. P. Tullis. 2011. Influence of Piano Key Weir geometry on discharge. Proc. Intl Work-shop on Labyrinths and Piano Key Weirs PKW 2011, CRC Press, 75-80.

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

    Henderson, F. M. 1966. Open channel flow. Prentice-Hall, Englewood Cliffs NJ.

    Kabiri-Samani, A., and A. Javaheri. 2012. Discharge coefficient for free and submerged flow over Piano Key weirs. Journal of Hydraulic Research. 50 (1): 114-120.

    Laugier, F., J., Pralong and B. Blancher. 2011. Influence of structural thickness of sidewalls on PKW spill-way discharge capacity. Proc. Intl Workshop on Labyrinths and Piano Key Weirs PKW 2011, CRC Press, 159-165.

    Leite Ribeiro, M., M., Pfister, and A. J. Schleiss. 2013. Overview of Piano Key weir prototypes and scientific model investigations. Proceedings of the 2nd International Workshop on Labyrinth and Piano Key Weirs. CRC Press, Boca Raton. p. 273-281.

    Leite Ribeiro, M., M., Pfister, A. J., Schleiss, and J. L. Boillat. 2012. Hydraulic design of A-type Piano Key Weirs. Journal of Hydraulic Research 50(4): 400-408.

    Leite Ribeiro, M., M., Pfister, J. L., Boillat, A. J., Schleiss, and F. Laugier. 2012. Piano key weirs as efficient spillway structure. 24th ICOLD Congress on Large Dams, Kyoto (J), Q.94 – R.13.

    Leite Ribeiro, M., M., Bieri, J. L., Boillat, A. J., Schleiss, F., Delorme, and F. Laugier. 2009. Hydraulic capacity improvement of existing spillways - Design of Piano Key Weirs. in proceedings of 23rd congress of CIGB/ICOLD, Brasilia.

    Lempérière, F., and A. Ouamane. 2003. The piano keys weir: a new cost-effective solution for spillways, International Journal of Hydropower and Dams 10(5), 144-149.

    Machiels, O. 2012. Experimental study of the hydraulic behavior of Piano Key Weirs. PhD Thesis ULgetd, Univerity of Liège (B).

    Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B., and Pirotton, M. 2013. Parapet Wall Effect on Piano Key Weir Efficiency. J. Irrig. Drain Eng. 139(6): 506–511.

    Machiels, O., S., Erpicum, M., Pirotton, B., Dewals, and P. Archambeau. 2012. Experimental analysis of PKW hydraulic performance and geometric parameters optimum. Proceedings of International workshop on Piano Key Weir for In-stream Storage and Dam Safety. 97-114.

    Machiels, O., S., Erpicum, P., Archambeau, B. J., Dewals, and M. Pirotton. 2011a. Influence of Piano Key Weir height on its discharge capacity. Labyrinth and piano key weirs-PKW 2011, CRC Press, London, 59-66.

    Machiels, O., S., Erpicum, B., Dewals, P., Archambeau, and M. Pirotton. 2011b. Experimental observation of flow characteristics over a Piano Key Weir, Journal of Hydraulic Research49(3): 359-366.

    Ouamane, A., and F. Lempérière. 2006a. Design of a new economic shape of weir. Proc. Int. Symp. Dams in the Societies of the 21st Century, Barcelona, 463–470.

    Pralong, J., J. Vermeulen, B. Blancher, F. Laugier, S. Erpicum, O. Machiels, M. Pirotton, Boillat, M., J- Leite Ribeiro, and A. J. Schleiss. 2011. A naming convention for the Piano Key Weirs geometrical pa-rameters. Proc. Intl Workshop on Labyrinths and Piano Key Weirs PKW 2011, CRC Press, 271-278.