بررسی آزمایشگاهی مشخصات هندسی بلوک ها بر هوادهی و نرخ استهلاک انرژی جریان عبوری از شوت مانع دار

دانشفراز, رسول; قادری, امیر; باقری, علیرضا

doi:10.22091/cer.2022.8061.1381

بررسی آزمایشگاهی مشخصات هندسی بلوک ها بر هوادهی و نرخ استهلاک انرژی جریان عبوری از شوت مانع دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه

² دانش آموخته دکتری عمران آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.

³ دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، ایران.

10.22091/cer.2022.8061.1381

چکیده

در تحقیق حاضر با استفاده از مدلهای آزمایشگاهی، به بررسی تاثیر مشخصات هندسی بلوکهای روی شوت در میزان هوادهی و استهلاک انرژی جریان پرداخته شد. بدین منظور، آزمایشها بر روی یک شوت و با پنج شکل هندسی مختلف از بلوکها و در چهار فواصل طولی و عرضی مختلف نسبت به هم در شرایط هیدرولیکی مختلف انجام شد. نتایج تحقیق نشان داد که ایجاد بلوک بر روی شوت باعث ایجاد سطح مقاومتی در برابر جریان شده و با افزایش آشفتگی باعث انتقال نقطه شروع هوادهی به بالادست شوت و افزایش نرخ استهلاک انرژی نسبت به شوت بدون مانع میشود. بطور متوسط ایجاد یلوک بر روی شوت باعث افزایش 5.8 برابر طول اختلاط آب و هوا و افزایش 21 تا 61 درصدی در میزان نرخ استهلاک انرژی در مقایسه با شوت بدون مانع می‌گردد. در تمامی مدلها میزان استهلاک انرژی در دبیهای کم، بیشتر بوده و با افزایش دبی، میزان استهلاک انرژی کاهش مییابد. با افزایش فاصله طولی و عرضی بین بلوک بر روی شوت، میزان استهلاک انرژی در تمامی مدلها کاهش یافت. بطوریکه در مدل M2 به عنوان مدل برتر، افزایش فاصله طولی و عرضی بین بلوکها به ترتیب باعث کاهش 1.3 و 4.57 درصد در میزان نرخ استهلاک انرژی میگردد. تاثیر فاصله طولی در میزان اختلاط آب و هوا و نرخ استهلاک انرژی جریان عبوری از شوت مانعدار بیشتر از فاصله عرضی آن میباشد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.2783140.1401.8.2.7.2

موضوعات

روش‌های عددی و آزمایشگاهی

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Block Geometry on Aeration and Energy Dissipation at Baffled Chutes

نویسندگان [English]

Rasoul Daneshfaraz ¹
Amir Ghaderi ²
Alireza Bagheri ³

¹ Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Iran.

² Faculty of Engineering Department of Civil Engineering University of Zanjan

³ MSc Student, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.

چکیده [English]

In the present study, tests were performed on the chute with five different geometric shapes of baffles and at four different distances of baffles rows under different hydraulic conditions. The results showed that the baffles on the chute creates the flow resistance and with increasing turbulence causes the transfer of the inception point to the upstream of the chute and increases the rate of energy dissipation compare to the chute without baffles. Baffle chutes increased the aeration length by 5.8 times and increases the energy dissipation rate by 21 to 61 percent compared to the chute without baffles. In all models, the rate of energy dissipation in low discharges is higher and with increasing discharge, the energy dissipation decreases. By increasing the spaces between the baffles on the chute, the energy dissipation rate decreased in all models. In the M2 model as the superior model, increasing the spaces between the baffle reduces by 3.1% and 4.57% in the energy dissipation rate, respectively. The effect of longitudinal spaces between the baffles on the aeration and the energy dissipation rate is greater than its transverse spaces.

کلیدواژه‌ها [English]

Baffled Chutes
Energy Dissipation
Inception point
Spaces between the baffles
Physical model

مراجع

[1] Kaya, N., and Emiroglu, M.E. (2010). Study of oxygen transfer efficiency at baffled chutes. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management,163(9), 447-456.

[2] Katorani, S., Kashefipoor, S. (2014). Effect of the Geometric Characteristics of Baffled and Bed Slopes of Drop on Hydraulic Flow Conditions in Baffled Apron Drop. Irrigation Sciences and Engineering, 37(2), 51-59.

[3] Rafiei, H., Bazargan, J., Babakhani, A. (2020). Numerical Study of the Effective Parameters on the Energy Dissipation Rate of the Baffled Chutes. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 14(3), 796-806.

[4] Shafaghat, M., Dezvareh, R. (2021). Support vector machine for classification and regression of coastal sediment transport. Arabian Journal of Geosciences, 14(19), 1-20.

[5] Choubin, B., Darabi, H., Rahmati, O., Sajedi-Hosseini, F., Kløve, B. (2018). River suspended sediment modelling using the CART model: A comparative study of machine learning techniques. Science of the Total Environment, 615, 272-281.

[6] Dezvareh, R. (2019). Application of Soft Computing in the Design and Optimization of Tuned Liquid Column–Gas Damper for Use in Offshore Wind Turbines. International Journal of Coastal and Offshore Engineering, 2(4), 47-57.

[7] Dezvareh, R. (2019). Providing a new approach for estimation of wave set-up in Iran coasts. Research in marine sciences, 4(1), 438-448.

[8] Shafaghat, M., Dezvareh, R. (2020). Predicting the sediment rate of Nakhilo Port using artificial intelligence. International Journal of Coastal and Offshore Engineering, 4(2), 41-49.

[9] Peterka, A. (1964). Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators. Engineering Monograph No 25 U.S. Department of Interior Bureau of Reclamation,154-188.

[10] Rhone, L.J. (1971). Studies to Determine the Feasibility of a Baffled Apron Drop as a Spillway Energy Dissipator-Conconully Dam Spillway-Okanogan Project. Washington U.S. Bureau of Reclamation Report REC-ERC-71-29.

[11] Jam, M., Talebbeydokhti, N., Mardashti, A. (2014). Evaluation of Energy Dissipation over Dentate Blocks Spillway and Comparing the Energy Dissipation with Stepped Spillway. Journal of Hydraulics, 9(2), 1-10. doi: 10.30482/jhyd.2014.8548.

[12] Dursun, O. F., Talu, M.F., Kaya, N., and Alcin, O.F. (2016). Length prediction of non-aerated region flow at baffled chutes using intelligent nonlinear regression methods. Environmental Earth Sciences, 75(8), 680.

[13] Gerger, R., Kisi, O., Faruk Dursun, O., and Emin Emiroglu, M. (2017). Applicability of several soft computing approaches in modeling oxygen transfer efficiency at baffled chutes. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 143(5), 04016085.

[14] Rashki Ghaleno, M., Azhdary Moghadam, M., Azizyan, G., Khalifehei, K. (2018). Numerical Simulation of Chute Energy Dissipation with Submerged Cylindrical Obstacle using Flow 3D Model. Irrigation Sciences and Engineering, 41(4), 17-28. doi: 10.22055/jise.2018.13748

[15] Nugroho, J., Soekarno, I., & Soeharno, A. W. H. (2019). Experimental Study of Energy Dissipation at Baffled Chute Spillway. Jurnal Teoretis dan Terapan Bidang Rekayasa Sipil, 26(1), 33-37.

[16] Karimi Chahartaghi, M., Nazari, S., and Babarsad, M. S. (2020). Investigating the Effects of the Block Geometries and Sidewall Divergences on the Local Scour Downstream of Baffled Chute Spillways. Advances in Civil Engineering.

[17] Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Bagherzadeh, M., Ghaderi, A., Kuriqi, A., Najibi, A., and Ricardo, A. M. (2021). Laboratory Investigation of Hydraulic Parameters on Inclined Drop Equipped with Fishway Elements. Symmetry, 13(9), 1643.

[18] Daneshfaraz, R., Aminvash, E., Di Francesco, S., Najibi, A., and Abraham, J. (2021). Three-Dimensional Study of the Effect of Block Roughness Geometry on Inclined Drop. Journal of Numerical Methods in Civil Engineering, 6(1), 1-9.

[19] Ghaderi, A., Daneshfaraz, R., Torabi, M., Abraham, J., and Azamathulla, H. M. (2020). Experimental investigation on effective scouring parameters downstream from stepped spillways. Water supply, 20(5), 1988-1998.

[20] Shishegaran, A., MohammadKhani, M., Tavakoli, M. (2020). 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). Civil Infrastructure Researches, 5(2), 165-177.

[21] Daneshfaraz, R., Majedi-Asl, M., Mortazavi, S., Bagherzadeh, M. (2022). Laboratory evaluation of energy dissipation in the combined structure of the vertical drop with gabion. Civil Infrastructure Researches, 8(1), doi: 10.22091/cer.2022.7720.1344

[22] Ghaderi, A., Abbasi, S. (2021). Experimental Study of Energy Dissipation over Stepped Spillway with Appendance Elements on the Steps. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 15(3), 494-509.

[23] Ghaderi, A., Abbasi, S. (2022). The Effects of Modifying the Geometric Shapes of Steps in Stepped Spillway on Hydraulic Parameters and Energy Dissipation. Iranian Journal of Soil and Water Research, (In press), (In Persian). doi: 10.22059/ijswr.2022.342428.669257

[24] Ghaderi, A., & Abbasi, S. (2021). Experimental and Numerical Study of the Effects of Geometric Appendance Elements on Energy Dissipation over Stepped Spillway. Water, 13(7), 957.

[25] Boes R., and Hager, WH. (2003). Two-phase flow characteristics of stepped spillways. Journal of Hydraulic Engineering ASCE, 129(9): 661–670.