بررسی عددی مشخصات جریان و ضریب دبی عبوری از سرریز دریچه های استوانه ای مستغرق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه پیام نور تهران

10.22112/jwwse.2021.238331.1214

چکیده

سازه ترکیبی سرریز-دریچه به‎دلیل قابلیت عبور هم‏زمان مواد معلق از روی سرریز و مواد ته‏نشین شده در جریان آب از قسمت دریچه، در مقایسه با سازه‏های دیگری که برای اندازه‏گیری دبی در کانال‏ها به‎کار برده می‏شوند، شرایط بهتری ایجاد می‏کند. در این تحقیق با بهره‏گیری از علم دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و تحلیل عددی با استفاده از نرم‏افزار FLOW-3D جریان عبوری برای قطرهای مختلف سرریز-دریچه استوانه‏ای بررسی شد. شبیه‏سازی جریان در کانالی به طول 3، عرض 4/0 و ارتفاع 5/0 متر انجام گرفت. مدل‏ها برای قطرهای استوانه‏ای 5، 5/7، 10 و 5/12 سانتی‏متر و برای سه بازشدگی دریچه 1، 2 و 3 سانتی‏متر و جریان در 4 دبی 12، 16، 20 و 22 لیتر‏بر‏ثانیه مورد مطالعه قرار گرفتند. از مقایسه نتایج ضریب دبی نسبت به پارامتر بدون‏بعد نسبت عمق آب در بالادست به عمق آب در پایین‏دست مدل ترکیبی سرریز-دریچه مشاهده شد که نتایج عددی به‎دست آمده با به‎کارگیری مدل آشفتگی RNG داده‏های نزدیک‏تری به نتایج آزمایشگاهی ارائه می‏دهند. در مرحله صحت‏سنجی نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی تحقیقات گذشته، درصد خطای مدل شبیه‏سازی شده کمتر از 5 درصد محاسبه شد که بیانگر دقت قابل‎قبول مدل‏سازی عددی است. نتایج بررسی‏ها نشان داد با افزایش دبی، در قطر و بازشدگی دریچه ثابت، ضریب دبی افزایش می‏یابد. در یک قطر ثابت از مدل سرریز-دریچه، به ازای افزایش بازشدگی دریچه، ضریب دبی کاهش می‏یابد. به ازای یک دبی و قطر ثابت، با افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه، تغییرات ضریب دبی روند کاهشی دارد. هم‎چنین مشاهده شد انحنای پروفیل سطح جریان با افزایش قطر مدل استوانه‏ای بیشتر می‏شود.

کلیدواژه‌ها


 
اسماعیلی،ک.، نقوی، ب.، کورش وحید، ف. و یزدی، ج.، (1389)، "مدل‎سازی آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان در سرریزهای استوانه‌ای"، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 24(1)، 189-166.
رودی، و. شاملو، ح،. (1388)، مدلهای آشفتگی و کاربرد آن در هیدرولیک، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.
قادری، ا. دانش‎فراز، ر. و قهرمان‎زاده، ع.، (1395 الف)، "بررسی عددی ضریب دبی جریان عبوری از سرریز-دریچه کنگره‌‌ای با ارتفاع بازشدگی دریچه مختلف"، اولین کنفرانس بینالمللی آب، محیطزیست و توسعه پایدار، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
قادری، ا. دانش‎فراز، ر. و مینایی، ع.، (1395 ب)، "ارزیابی ضریب دبی جریان عبوری از سرریز-دریچه کنگره‌ای مستطیلی"، اولین کنفرانس بینالمللی آب، محیطزیست و توسعه پایدار، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
قاسم زاده، ف.، (1394)، شبیهسازی مسائل هیدرولیکی در FLOW-3D، انتشارات نشر نوآور، تهران، ایران.
سلامتی، س.، دهقانی، ا.، مفتاح هلقی، م. و ظهیری، ع.، (1394)، "تخمین ضریب آبگذری سازه ترکیبی سرریز-دریچه با استفاده از روش برنامه‌ریزی ژنتیکی"، نشریه پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 22(2)، 255-263.
سوری، ا.، مسعودیان، م.، کردی، ا. و راتچر، ک.، (1393)، "بررسی آزمایشگاهی تغییرات ضریب دبی و افت انرژی در سرریز-دریچه استوانه‌ای با حرکت قائم"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، 44(4)، 65-78.
شاهرخ‌نیا، م.ع و جوان، م.، (1382)، "تعیین سازه‌های تحویل آب در شبکه‌های آبیاری درودزن با استفاده از مدل ریاضی"، مجموعه مقالات یازدهمین همایش کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران، 633-654.
کرمی، ح.، فرزین، س.، حیدری، ع. و حسینی، خ.، (1396 الف)، "شبیه‌سازی مشخصات جریان روی سرریز نیمه استوانه‌ای با استفاده از نرم‌افزار عددی ANSYS CFX"، مجله مهندسی منابع آب، 10(34)، 51-60.
کرمی، ح.، فرزین، س.، ضمیری، ا. و نیر، ش.، (1396 ب)، "آنالیز عددی مشخصه‌های جریان عبوری از سرریز استوانه‌ای با استفاده از مدل FLOW-3D"، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، 8(2)، 1-18.
مسعودیان، م.، سوری، ا. و ضیایی‌فر، س.، (1393)، "اثر چرخش سرریز-دریچه نیم استوانه‌ای بر میزان افت کارمایه و ضریب دبی"، مجله مهندسی منابع آب، 7(22)، 85-100.
مهتابی، ق. ارونقی، ه. و لطفی، پ.، (1395)، "مطالعه آزمایشگاهی ضریب دبی در سرریز-دریچه منشوری"، نشریه دانش آب و خاک، 26(1-4)، 255-268.
Chanson, H., (2009), “Discussion of hydraulics of broad- crested weirs with varying side slopes”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE, 136(7), 508-509.
Chanson, H., and Montes, J.S., (1998), “Over flow characteristics of circular weirs: effects of inflow condition”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 32(1), 152-161.
Ferro, V., (2000), “Simultaneous flow over and under a gate”, Irrigation and Drainage Engineering, 126(3), 190-193.
Fu, Z.F., Cui, Z., Dai, W.H., and Chen, Y.J., (2018), “Discharge coefficient of combined orifice-weir flow”, Water, 10(6), 699.
Hayawi, H.A.M., Yahia, A.A.G., and Hayawi, G.A.M., (2008), “Free combined flow over a triangular weir and under rectangular gate”, Journal of Damascaus University, 24(1), 9-22.
Jun-Fu, Y. Chih-Han, L., and Chang-Tai, T., (2001), “Hydraulic characteristics and discharge control of sluice gates”, Journal of Chinese Institute of Engineering, 24(23), 301-310.
Khassaf, S.I., and Habeeb, M., (2014), “Experimental investigation for flow through combined trapezoidal weir and rectangular gate”, International Journal of Scientific and Engineering Research, 5(4), 312-323.
Masoudian, M., Fendreski, R., and Gharahgezlou, M., (2013), “The effects of laboratory canal size and cylindrical weir-gate diameter on discharge coefficient”, Technical Journal of Engineering and Applied Sciences, 3(15), 1630-1634.
Masoudian, M., and Gharahgezlou, M., (2012), “Flow characteristics of cylindrical weirs in a small laboratory canal”, Journal of Science Series Data Report, 4(4), 12-23.
Negm, A.M., El- Saiad, A.A., Alhamid, A.A., and Husain, D., (1994), “Characteristics of simultaneous flow over weirs and below inverted V- notches gate”, Journal of Civil Engineering Research, 16(9), 786-799.
Negm, A.M., El-Saiad, A.A., and Saleh, O.K., (1997), “Characteristics of combined flow over weirs and below submerged gates”, Proceedings of Al- Mansoura Engineering, 3(2), 259-272.
Saad, N.Y., and Fattouh, E.M., (2017), “Hydraulic characteristics of flow over weirs with circular openings”, Ain Shams Engineering Journal, 8(4), 515-522.
Severi, A., Masoudian, M., Kordi, E., and Roettcher, K., (2015), “Discharge coefficient of combined free over-under flow on a cylindrical weir-gate”, Journal of Hydraulic Engineering, 21(1), 42-52.
دوره 7، شماره 1
فروردین 1401
صفحه 6-22
  • تاریخ دریافت: 01 مرداد 1399
  • تاریخ بازنگری: 31 شهریور 1400
  • تاریخ پذیرش: 12 مهر 1400
  • تاریخ اولین انتشار: 23 اسفند 1400