آنالیز ویژگی های هیدرولیکی جریان زیر بحرانی بر روی سرریز جانبی نیمه بیضوی و مستطیلی و تعیین ضریب دبی جریان با استفاده از روش حجم محدود

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام‌نور، شهرکرد، ایران

2 عضو هیات علمی گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

سرریزهای جانبی در رودخانه­ها و کانال­ها، برای کنترل دبی در کانال اصلی مورد استفاده قرار می­گیرند. یکی از انواع سرریزهای جانبی، سرریزهای جانبی کنگره­ای نیمه­بیضوی هستند و به دلیل داشتن طول تاج سرریز بزرگتر ظرفیت انتقال دبی بیشتری نسبت به سرریزهای مستطیلی دارند. به همین منظور در این مطالعه جریان پیرامون یک سرریز جانبی نیمه­بیضوی و مستطیلی با استفاده از روش حجم محدود به صورت سه بعدی مدل­سازی و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. هم­چنین اثر افزایش دبی در نهر اصلی، افزایش ارتفاع و طول سرریزهای نیمه بیضوی بر الگوی جریان در شرایط جریان زیربحرانی مورد مطالعه قرار گرفت و نهایتاً نتایج حاصله با نتایج بدست آمده از شبیه­سازی سرریز مستطیلی مقایسه شد. مقایسه نتایج نشان­دهنده برازش خوب مدل عددی در شبیه­سازی الگوی جریان از روی سرریز جانبی بود. با افزایش ارتفاع در سرریزهای جانبی مستطیلی و نیمه­بیضوی اثر جریان‌های ثانویه در هر دو سرریز کاسته شده و در نتیجه پروفیل سطح آب یکنواخت­تر شده و میزان خطا کاهش پیدا می­کند. ماکزیمم سرعت در سرریز جانبی نیمه­بیضوی در نزدیک سطح آزاد در محل انتهای سرریز ایجاد شده و ضریب دبی جریان سرریز جانبی نیمه­بیضوی از ضریب دبی جریان سرریز جانبی مستطیلی بیشتر است. در این مقاله معادله­ای نیز برای تعیین ضریب دبی دیمارچی برای سرریز جانبی نیمه بیضوی ارائه گردید در شرایط جریان زیر بحرانی این ضریب به عدد فرود در کانال اصلی، نسبت عمق جریان بالادست به ارتفاع سرریز و نسبت عمق جریان بالادست به طول سرریز و نسبت شعاع کوچک به شعاع بزرگ بیضی وابسته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of hydraulic characteristics of Subcritical flow on semi-elliptical and rectangular side weir and determining discharge coefficient using finite volume method

نویسندگان [English]

  • Ahmadreza karimipour 1
  • Mahdi Asadi Aghbolaghi 2
1 Instructor, Dept. of Civil Engineering, Payame Noor University, Shahrekord; Ahm.karimipour@gmail.com, corresponding Author
2 Assistant Professor, Dept of Water Engineering, School of Agriculture, Shahrekord University, Shahrekord; Iran
چکیده [English]

Side weirs are used to control the amount of discharge in main channels and rivers. One of the types of side weirs are labyrinth Semi-elliptical side weir and Due to the greater crest length in a certain range of transverse, have more the discharge capacity than rectangular weirs. For these reasons in this study, flow around a semi-elliptical and rectangular labyrinth side weir was simulated with three-dimensional modeling finite volumeand compared with laboratory measurment. The effects of increasing the flow in the main channel and the height and length semi-elliptical side weirs on flow pattern in subcritical flow conditions were studied and finally the experimental results were compared with the simulated results for rectangular side weir. Numerical results indicated that the model can predict the the flow pattern on the side weir with high accuracy .The results of the simulation showed that the effects of secondary flows in both weirs were reduced by increasing the height of the rectangular and semi-elliptical side weirs and then, the water surface profile would be more uniform and the error rate decreas. The maximum of velocity in semi-elliptical side weir is induced in the near of free surface at the end of the side weir and the discharge coefficient of semi-elliptical side weir is more than rectangular side weir. In this study an equation was offered in order to determine De-Marchi discharge coefficient for semi-elliptical side weir.This coefficient in subcritical flow conditions depends on the Froude number in the main channel, the ratio of upstream depth to the height of side weir, the ratio of upstream depth to the length of side weir and the ratio of small ellipse radius to large ellipse radius.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • finite volume method
  • semi-elliptical side weir
  • rectangular side weir
  • Discharge coefficient

جهادی، م. و ر. فتاحی. 1392. ارزیابی نیمرخ سطح آب در سرریزهای جانبی نیمه بیضوی. مجله­ی مهندسی منابع آب، شماره 6، ص 25-36.

کاریزی، ا. و ت. هنر. 1389. بررسی الگوی جریان و توزیع تنش برشی روی سرریزهای جانبی با ورودی تیز گوشه و گرد گوشه. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، شماره 51، ، ص 25- 15.

نکوئی، م.ع. و م. برقعی. 1385. بررسی و تعیین ضریب دبی سرریز جانبی منقاری بصورت آزمایشگاهی. پایان­نامه کارشناسی ارشد (مهندسی آب)، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده فنی و مهندسی،گروه عمران، 1385.

Borghei, M., M. R. Jalili and M. Ghodsian. 1999. Discharge coefficient for sharp-crested side weir in subcritical flow. ASCE Journal of Hydraulic Engineering, 125(10): 1051-6.

Emiroglu, M. E., O. Bilhan and O. Kisi. 2011. Neutral networks for estimation of discharge capacity of triangular labyrinth side-weir located on a straight channel. Expert systems with application, 38: 867-874.

De-Marchi, G. 1934. Sagio di teoria fuzionamente degli stramazzi laterali. L Eletterica, Milano, Italy 11. 11: 849-860.

Mahmodinia, S., M. Javan and A. Eghbalzadeh. 2012. The Effects of the Upstream Froude Number on the Free Surface Flow over the Side Weirs. International Conference on Modern Hydraulic Engineering, Procedia Engineering, 2012, 28:644 – 647.

Rahimpour, M., Z. Keshavarz and M. M. Ahmadi. 2011. Flow over trapezoidal side weir. Flow Measurement and Instrumentation, 22: 507-510.

Subramanya, K. and S. C. Awasthy. 1972. Spatially varied flow over side weirs. Journal of the Hydraulics Division-ASCE, 98(1): 1-10.

Zahiri, A., H. Md. Azamathulla and S. Bagheri. 2013. Discharge coefficient for compound sharp crested side weirs in subcritical flow conditions. Journal of Hydrology, 480: 162-166.