تعیین دبی در واحد عرض برای تفکیک جریان ریزشی و رویه‌ای در سرریز پلکانی با استفاده از Flow 3D (مطالعه موردی: سد سیاه بیشه)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشکده مهندسی پیشرفت، دانشگاه علم وصنعت ایران، نارمک تهران

3 دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه علم و صنعت ایران.

10.22091/cer.2020.4890.1176

چکیده

یکی از چالش‏های مهم در مهندسی سد، طراحی دبی جریان سرریزهای پلکانی است. میزان استهلاک انرژی در جریان‌های ریزشی بیشتر از جریان‌های رویه‌ای می‌باشد. برای رسیدن به این نوع جریان، باید دبی و شیب سرریز کم باشد که ساختن چنین سرریزی صرفه اقتصادی ندارد. به همین دلیل در طراحی سرریزهای پلکانی، دبی جریان رویه‌ای لحاظ می‌گردد. در این پژوهش، پس از صحت‌سنجی با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D جریان بر روی سرریز پلکانی سد سیاه‌بیشه شبیه‌سازی شد. جهت صحت‌سنجی، مقادیر منحنی دبی- اشل مورد ارزیابی قرار گرفته و خطای جذر میانگین مربعات برابر با 07/5 به‌دست آمد. طبق نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی، به ازای دبی حداقل تا 17 مترمکعب بر ثانیه، جریان حتما ریزشی است. با افزایش مقدار دبی، جریان از حالت ریزشی خارج گشته و به سمت جریان انتقالی پیش خواهد رفت و این روند تا دبی 37 مترمکعب بر ثانیه ادامه دارد. در نهایت به ازای مقادیر بیش از 60 مترمکعب بر ثانیه جریان قطعا رویه‌ای می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determination of Discharge Flow in Unit Width for the Distinction of Nappe and Skimming Flow in Stepped Spillway Using Flow 3d (Case Study: Siah Bishe Dam)

نویسندگان [English]

  • Aydin Shishegaran 1
  • Mohammad Reza MohammadKhani 2
  • Mohammad Amin Tavakoli 3
1 School of Cvil and Environmental Engineering, Iran University of Science and Technology
2 School of Progress Engineering, Iran University of Science and Technology, Narmak, Tehran.
3 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology.
چکیده [English]

One of the major challenges in dam engineering is the design of the discharge flow of the stepped spillway. The rate of energy dissipation in downstream currents is higher than that of skimming currents. To achieve this goal, the discharge and skimming slope of the spillway must be low, which makes it economically efficient and applicable. For this reason, in the design process of spillway discharge, flow is assumed to be skimming. In this study, after validation of the Flow-3D model, the discharge flow of the Siah Bishe spillway was simulated. For validation, the values of the flow-Ashle curve were evaluated, and the root means square error of 5.07 was obtained. According to the results of numerical simulation, the flow must be at least 17 m3/s for the discharge. As the flow rate increases, the flow will discharge and move into the state of transient flow, which will continue to flow with 37 cubic meters per second. Finally, for values of more than 60 cubic meters per second, the flow is definitely skimming.

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • Stepped Spillway
  • Skimming Flow
  • Flow-3D
[1] AskariNezahad, A. H. (2018). Evaluation of Triangular Shape Spillways' Effects on Flow Energy Dissipation Regime Using Flow-3D Computer Model, in Faculty of Civil Engineering. Islamic Azad University, Marvdasht Branch.
[2] Novak, P., Moffat, A. I. B., Nalluri, C., & Narayanan, R. (2017). Hydraulic structures. CRC Press.
[3] Khatsuria, R. M. (2004). Hydraulics of spillways and energy dissipators. CRC Press.
[4] Torabi, H., Parsaie, A., Yonesi, H., & Mozafari, E. (2018). “Energy dissipation on rough stepped spillways”, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 42(3), 325-330.
[5] Chanson, H. (2001). “Hydraulic design of stepped spillways and downstream energy dissipators”, Dam Engineering, 11(4), 205-242.
[6] Li, S., Li, Q., & Yang, J. (2019). “CFD Modelling of a Stepped Spillway with Various Step Layouts”, Mathematical Problems in Engineering, 2019.
[7] Chanson, H. (1993). “Stepped spillway flows and air entrainment”, Canadian journal of civil engineering, 20(3), 422-435.
[8] Felder, S., & Chanson, H. (2009). “Energy dissipation, flow resistance and gas-liquid interfacial area in skimming flows on moderate-slope stepped spillways”, Environmental fluid mechanics, 9(4), 427-441.
[9] Hunt, S. L., & Kadavy, K. C. (2010). “Energy dissipation on flat-sloped stepped spillways: Part 1. Upstream of the inception point”, Transactions of the Asabe, 53(1), 103-109.
[10] Krisnayanti, D. S., Dermawan, V., & Legono, D. (2019). “The Effect of Inception Point on Dissipation Energy in Stepped Spillways Modeling”, Journal of Southwest Jiaotong University, 54(3).
[11] Chanson, H. (1994). “Comparison of energy dissipation between nappe and skimming flow regimes on stepped chutes”, Journal of hydraulic research, 32(2), 213-218.
[12] Parsaie, A., Haghiabi, A. H., Saneie, M., & Torabi, H. (2018). “Applications of soft computing techniques for prediction of energy dissipation on stepped spillways”, Neural Computing and Applications, 29(12), 1393-1409.
[13] Mooselu, M. G., Nikoo, M. R., Rayani, N. B., & Izady, A. (2019). “Fuzzy multi-objective simulation-optimization of stepped spillways considering flood uncertainty”, Water Resources Management, 33(7), 2261-2275.
[14] Peng, Y., Zhang, X., Yuan, H., Li, X., Xie, C., Yang, S., & Bai, Z. (2019). “Energy Dissipation in Stepped Spillways with Different Horizontal Face Angles”, Energies, 12(23), 4469
[15] Bayon, A., Toro, J. P., Bombardelli, F. A., Matos, J., & López-Jiménez, P. A. (2018). “Influence of VOF technique, turbulence model and discretization scheme on the numerical simulation of the non-aerated, skimming flow in stepped spillways”, Journal of hydro-environment research, 19, 137-149.
[16] Barani, G. A., Rahnama, M. B., & Bagheri, H. (2005). “Optimization of stepped spillway dimensions and investigation of flow energy dissipation over a physical model”, Journal of Applied Sciences, 5(5), 878-882.
[17] Tabbara, M., Chatila, J., & Awwad, R. (2005). “Computational simulation of flow over stepped spillways”, Computers & structures, 83(27), 2215-2224
[18] Flow Science , I. (2008). FLOW3D User Manual Version 9.3.
[19] Hojjati, S. H., Ahmadi, H., & Zerati, A. R. (2017). “Numerical Simulation of gated stepped spillway and its Cavitation Potential”, Journal of Dam and Hydraulic Power Plants, 4(14), 1-14.
[20] Center, W.R. (2006). Final report on: Hydraulic model of Flood Outlet System of Siah-Bishe Pumped Srorage Project, Water Research Center.

 

CAPTCHA Image