بررسی عددی مشخصات هیدرولیکی جریان اطراف سرریز لبه تیز قائم و مورب با شبیه سازی در نرم افزار Flow3D

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

سرریزها یکی از سازه‌های مهم در رودخانه و از رایج‌ترین وسایل اندازه‌گیری شدت‌جریان در مجاری روباز هستند. از انواع این سازه‌ها، سرریز‌های لبه تیز هستند که بر اساس شکل تاج به مثلثی، مستطیلی، دایروی، ذوزنقه‌ای و سهموی تقسیم‌بندی می‌شوند. در این پژوهش، مشخصات جریان در اطراف سرریز لبه تیز با استفاده از نرم افزار Flow-3Dشبیه‌سازی گردید. مشخصه‌هایی نظیر ارتفاع، عدد فرود و رینولدز در این سرریز‌ها با سه زاویه مختلف ۵۰ ، ۷۰ و ۹۰ درجه نسبت به افق با ضریب تخلیه سرریز مستطیلی مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین مدل آشفتگی برای شبیه‌سازی، مدل k-ε با ضریب همبستگی 96/0 می-باشد. مشخص شد که عدد فرود کمتر از 1 و رینولدز بیش از 2000 می‌باشد و سرریز با زاویه 50 درجه بیشترین مقدار آبگذری با ضریب آبگذری 747/0 را دارا می‌باشد. همچنین تأثیرات زاویه بر آبشستگی اطراف سرریز با توجه به فشار و سرعت جریان مطالعه شد. رابطه‌ای برای دبی آبگذری سرریز پیشنهاد گردید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study of hydraulic characteristics around the vertical and diagonal sharp crested weirs using Flow3D simulation.

نویسندگان [English]

  • Saeed Farzin 1
  • Hojjat Karami 1
  • Farzad Yahyavi 2
  • Shahab Nayyer 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Semnan University
2 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Semnan University
چکیده [English]

WWeirs are important structures in the river and are the most common means of flow measurement in open chan-nels. One type of these structures are sharp crested weirs which are categorized based on the shape of crest to tri-angular, rectangular, circular, trapezoidal and parabolic. In this study, numerical simulation is used to predict over-flow around sharp crested weir and attributes like height, Froude number and Reynolds number in the overflow with three different slope angles of 50, 70 and 90 degrees from horizontal and discharge coefficient of rectangular over-flow has been investigated. An equation between discharge and inflow coefficient k-ε is proposed, and the best turbu-lence model due to better simulation is adopted among three turbulence models with correlation coefficient of 0.96. The results indicated that when Froude number is less than 1 and Reynolds number is more than 2000 and weirs have a 50-degree slope, inflow will have its maxi-mum volume with inflow coefficient of 0.747. Also, effect of slope on scouring around the weirs with respect to the pressure and velocity of inflow is studied.

کلیدواژه‌ها [English]

  • sharp crested weirs
  • hydraulic characteristics
  • numerical simulation
  • k-ε turbulence model
  • flow-3D modeling

[1] غفاری، س.، اقبال‌زاده، ا.، جوان، م. (1395). "بررسی عددی اثر عدد فرود بالادست بر الگو و مشخصات جریان در امتداد سرریز جانبی لبه‌تیز مستطیلی"، مجله مهندسی عمران تربیت مدرس، دوره 16، شماره 2، ش.ص. 215- 228.

[2] حیدرپور، م.، رضویان، س. ح.، حسینی، ی. (1393). "مطالعه جریان همزمان از زیر یک دریچه‌ کشویی و روی یک سرریز لبه تیز ذوزنقه‌ای"، مجله علوم آب و خاک- علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی- دانشگاه صنعتی اصفهان، دوره 18، شماره 68، ش.ص. 147- 156.‎

[3] حق‌شناس، و.، وطن‌خواه، ع. ر. (1394). "معادله‌ی ضریب بده برای سریز جانبی لبه‌تیز نیم‌دایره‌ای در رژیم جریان زیر بحرانی"، مجله پژوهش آب ایران، دوره 9، شماره 4، ش.ص. 131- 138.‎

[4] عامری، م.، احمدی، ا.، دهقانی، ا. ا. (1394). "تعیین ضریب دبی سرریزهای جانبی لبه‌تیز مرکب مثلثی- مستطیلی"، مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، دوره 22، شماره 3، ش.ص. 105- 120.‎

[5] Mangarulkar, K. (2010). Experimental and numerical study of the characteristics of side weir flows. PhD thesis, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.

[6] Rezaiy, M., & Aghajani Mazandarani, Gh. (2015). “Laboratory study overflow rectangular Congress”, Journal of Water and Soil Science, 29(9), 1438-1446 (in Persian).

[7] Darvas, L.A. (1971). “Performance and design of labyrinth weirs”, J. Hydraul. Eng, ASCE, 97(80), 1246-1251.

[8] Lux, F. (1993). “Design methodologies for labyrinth weirs”, In International conference on Hydropower, Water Power Nashville, Tennessee, USA, 1379-1407.

[9] Esmaiyli varaki, M., & Safarrazavizadeh, M. (2013). “Study on hydraulic characteristics of flow over spillways Congress with semicircular plan”, Journal of Water and Soil Science, 27(1), 224-234 (in Persian).

[10] Keshavarz, Z., Rahimpour, M., & Ahmadi, M.M. (2011). “Study of hydraulic characteristics of trapezoidal sharp crested side weirs”, In 6 th National Congress on Civil Engineering, Semnan University, Semnan. (In Persian).

[11] Akbari, R., & Ghodsian, M. (2011). “Determination of discharge coefficient in triangular side weirs”, In 10th Iranian Hydraulic Conference, Gilan University, Rasht. (In Persian).

[12] Arvanaghi, H., & Oskuei, N.N. (2013). “Sharp-crested weir discharge coefficient”, Journal of Civil Engineering and Urbanism, 3(3), 87-91.

[13] Boss, M. G. (1988). Discharge Measurement Structures. ILRI Pub. Wageningen, Netherlands.

CAPTCHA Image