بررسی عددی تاثیر ارتفاع صفحات مشبک قائم در استهلاک انرژی شیب‌شکن قائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی دکترا- گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیک، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

صفحات مشبک قائم از جمله مستهلک­کننده­های انرژی می­باشند که می­توان از آن­ها در پایین­دست سازه­های هیدرولیکی کوچک نظیر شیب­شکن­های قائم استفاده نمود. در تحقیق حاضر به بررسی عددی تاثیر ارتفاع صفحات مشبک در پایین­دست شیب­شکن قائم پرداخته شده است. برای این منظور سه ارتفاع نسبی 2/0، 4/0 و 6/0 برای صفحات مشبک و محدوده عمق بحرانی نسبی بین 12/0 تا 42/0 انتخاب شده است. برای مدل‌سازی عددی از نرم افزار Flow-3D با دو مدل آشفتگی  و  و سه نوع مش بندی استفاده شده است. نتایج حاصل نشان داد که مدل آشفتگی  در مقایسه با مدل آشفتگی  مطابقت بهتری با مدل آزمایشگاهی داشت. همچنین نتایج استفاده از صفحات مشبک با ارتفاع­های متنوع در پایین­دست شیب­شکن قائم نشان داد که این صفحات به ترتیب استهلاک انرژی نسبی و عمق نسبی پایین­دست را نسبت به شیب­شکن قائم ساده به طور متوسط 176 و 94 درصد افزایش می­دهد. با بررسی میزان افزایش راندمان استهلاک انرژی می‌توان دریافت که صفحه مشبک با ارتفاع­ نسبی 4/0 و 6/0 با کاهش میزان استغراق پرش هیدرولیکی نسبت به صفحه مشبک سرتاسری، انرژی بیشتری را مستهلک می­کنند. در نهایت شیب­شکن قائم مجهز به صفحه مشبک با ارتفاع نسبی 4/0 با کاهش 3/66 و 3/10 درصدی عدد فرود پایین­دست و افزایش 187 و 8/2 درصدی استهلاک انرژی نسبی، به ترتیب نسبت به شیب­شکن قائم ساده و شیب­شکن قائم مجهز به صفحه مشبک سرتاسری دارای بهترین عملکرد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effect of Height of Vertical Screens on Vertical Drop Energy Dissipation

نویسندگان [English]

  • Majid Pasbani Khiavi 1
  • Vadoud hasanniya giglou 2
1 Faculty of Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Ph.D. student, Department of Water and Hydraulic Structures Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده [English]

Vertical screens are energy dissipaters that can be used downstream of small hydraulic structures such as vertical drops. In the present study, the effect of the height of the screens on the downstream of the vertical drop has been investigated numerically. For this purpose, three relative heights of 0.2, 0.4 and 0.6 for the screens and the relative critical depth range between 0.12 and 0.42 have been selected. For numerical modeling, Flow-3D software with two turbulence models   and  and three types of meshing has been used. The results showed that the  turbulence model was better performance than    model in comparison with experimental results. Also, the results of using screens with different heights in the downstream of the vertical drop showed that these plates increase the relative energy dissipation and relative depth of the downstream by 176% and 94% respectively compared to the simple vertical drop. Investigating of the increase in energy dissipation efficiency, it can be seen that the screens with relative heights of 0.4 and 0.6 dissipates more energy by reducing the immersion rate of the hydraulic jump compared to the overall mesh plate. Finally, the vertical drop equipped with screen with a relative height of 0.4 with a decrease of 66.3 and 10.3 percent of the Froude number of downstream and an increase of 187 and 2.8 percent relative energy consumption, had the best performance compared to the simple drop and vertical drop equipped with an overall screen, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Screens
  • Vertical drop
  • Relative height
  • Froude number
  • Energy dissipation

مراجع

دانشفراز، رسول، صادق فام، سینا، حسن نیا، ودود. (1399). بررسی آزمایشگاهی تأثیر عدد فرود بر پارامترهای هیدرولیکی شیب‌شکن قائم با جریان فوق بحرانی در بالادست. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 52، شماره 7، صفحات 1765 تا 1782.
دانش فراز، رسول، صادق فام، سینا، حسن نیا، ودود (1398). بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی در شیب شکن های قائم مجهز به صفحات مشبک افقی با جریان فوق بحرانی، تحقیقات آب و خاک ایران (علوم کشاورزی ایران)، دوره 50، شماره 6، صفحات 1421 تا  1436.
حسن نیا، ودود، دانشفراز، رسول، صادق فام، سینا. (1399). بررسی آزمایشگاهی پارامترهای هیدرولیکی شیب‌شکن قائم مجهز به صفحات مشبک ترکیبی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 52، شماره 10، صفحات 2487 تا 2500.
میرزائی، رضا، حسینی، خسرو، موسوی، فرهاد. (1400). بررسی عددی استهلاک انرژی شیب‌شکن قائم با لبه‌ دندانه‌ای افقی. نشریه هیدرولیک، دوره 16، شماره 1، صفحات 23 تا  36.
Bakhmeteff, M.W. (1932). Hydraulics of open channels, New York and London, McGraw-Hill book company, Inc.
Balkış, G. (2004). Experimental Investigation of Energy Dissipation through Inclined Screens (Doctoral dissertation, Middle East Technical Univercity, Ankara, Turkey).
Çakir, P. (2003). Experimental investigation of energy dissipation through screens (Doctoral dissertation, M. Sc. thesis, Department of Civil Engineering, Middle East Technical University, Ankara, Turkey).
Chamani, M., & Beirami, M. K. (2002). Flow characteristics at drops. Journal of hydraulic engineering, 128(8), 788-791.
Chamani, M. R., Rajaratnam, N., & Beirami, M. K. (2008). Turbulent jet energy dissipation at vertical drops. Journal of hydraulic engineering, 134(10), 1532-1535.
Daneshfaraz, R., Hasannia, V., Norouzi, R., Sihag, P., Sadeghfam, S., & Abraham, J. (2021). Investigating the Effect of Horizontal Screen on Hydraulic Parameters of Vertical Drop. Iranian Journal of Science and Technology-Transactions of Civil Engineering, 1-9.
Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S., & Ghahramanzadeh, A. (2017). Three-dimensional numerical investigation of flow through screens as energy dissipators. Canadian Journal of Civil Engineering, 44(10), 850-859.
Daneshfaraz, R. Sadeghfam, S., Hasanniya, V., Abraham, J. & Norouzi, R. (2022). Experimental Investigation on Hydraulic Efficiency of Vertical Drop Equipped with Vertical Screens. Teknik Dergi, 33 (5). DOI: 10.18400/tekderg.755938
Esen, I. I., Alhumoud, J. M., & Hannan, K. A. (2004). Energy Loss at a Drop Structure with a Step at the Base. Water international, 29(4), 523-529.
Gill, M.A. (1979). Hydraulics of rectangular vertical drop structures. Journal of Hydraulic Research, 17(4), 289-302.
Kabiri-Samani, A. R., Bakhshian, E., & Chamani, M. R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow Measurement and Instrumentation, 54, 298-306.
Liu, S. I., Chen, J. Y., Hong, Y. M., Huang, H. S., & Raikar, R. V. (2014). Impact Characteristics of Free Over-Fall in Pool Zone with Upstream Bed Slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 476-486.
Moore, W. L. (1943). Energy loss at the base of a free overfall. Transactions of the American Society of Civil Engineers, 108(1), 1343-1360.
Norouzi, R., Sihag, P., Daneshfaraz, R., Abraham, J., & Hasannia, V. (2021). Predicting relative energy dissipation for vertical drops equipped with a horizontal screen using soft computing techniques. Water Supply, 21(8), 4493-4513.
Rajaratnam, N., & Chamani, M. R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384.
Rajaratnam, N., & Hurtig, K. I. (2000). Screen-type energy dissipator for hydraulic structures. Journal of Hydraulic Engineering, 126(4), 310-312.
Rand, W. (1955). Flow geometry at straight drop spillways. In Proceedings of the American Society of Civil Engineers,81(9), 1-13.
United States. Bureau of Reclamation. (1987). Design of small dams. US Department of the Interior, Bureau of Reclamation.
White, F. M., & Majdalani, J. (2006). Viscous fluid flow (Vol. 3, pp. 433-434). New York: McGraw-Hill.
White, M.P. (1943). Discussion of Moore (1943), ASCE, 108, 1361-1364.
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار