بررسی عددی جریان عبوری از سرریزهای مستطیلی مرکب لبه‌تیز دارای زاویه در پلان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، آذربایجان شرقی، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، آذربایجان شرقی، ایران.

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، مراغه، آذربایجان شرقی، ایران

4 گروه مهندسی عمران، واحد ملکان، دانشگاه آزاد اسلامی، ملکان، ایران.

5 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

چکیده

هدف از تحقیق حاضر، ارزیابی اثر قرارگیری سرریز مرکب لبه‌تیز در زوایای مختلف نسبت به جریان بر عملکرد هیدرولیکی آن می‌باشد.  بدین منظور برای شبیه‌سازی تأثیر زاویه قرارگیری سرریز‌های مرکب لبه‌‎تیز در کانال با در نظر گرفتن چهار زاویه صفر(عمود بر جریان)، 15، 30 و 45 درجه از نرم‌افزار FLOW-3D استفاده شد. مقایسه مقادیر درصد خطای به‌دست‌آمده بین نتایج مقادیر دبی و عمق جریان بالادست سرریز از نرم‌افزار با داده‌های آزمایشگاهی به ترتیب 0.39 و 2.86 درصد حاصل شد. نتایج الگوی جریان عبوری از سرریز‌های مرکب لبه‌تیز نشان داد که خطوط جریان هنگام نزدیک شدن به تاج سرریز در محل تنگ‌شدگی به هم نزدیک شده و تجمع خطوط جریان در محل تنگ‌شدگی جریان افزایش می‌یابد. تداخل خطوط جریان در محل تنگ‌شدگی باعث کاهش ضریب دبی جریان عبوری از روی سرریز می‌گردد. افزایش تنگ‌شدگی عرضی و کاهش 25 و 50 درصدی طول تاج سرریز، باعث کاهش ضریب دبی جریان عبوری به ترتیب 4.14 و 9.81 درصد نسبت به سرریز لبه‌تیز هم عرض کانال گردید. با ایجاد تنگ‌‎شدگی در عرض سرریز مرکب و قرارگیری آن با زاویه حداکثر 45 درجه نسبت به امتداد جریان، ضریب دبی جریان تا 8.91 درصد نسبت به زمانی که سرریز مرکب لبه‌تیز عمود بر جریان است، افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Flow over the Rectangular Compound Sharp-Crested Weir at Different Angles in Plan

نویسندگان [English]

  • Mahdi Majedi-Asl 1
  • Mohammadhosein Jahanpeima 2
  • Peyman Khodapanah-Rad 3
  • Mehdi Kouhdaragh 4
  • Mohammad Bagherzadeh 5
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, East Azarbaijan, Iran.
4 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Malekan Branch, Islamic Azad University, Malekan, Iran.
5 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]

The aim of the current research is to evaluate the effect of placing a compound sharp-crested weir at different angles in the channel on its hydraulic performance. For this purpose, Flow-3D software was used to simulate the effect of the placement angle of the compound sharp-crested weir in the channel, considering four angles: zero (perpendicular to the flow pass), 15, 30, and 45 degrees. The comparison of the error percentage obtained between the results of the flow discharge and the depth of the upstream weir from the numerical results and the laboratory data was 0.39% and 2.86%, respectively. The results of the flow pattern passing through the compound sharp-crested weir showed that the flow lines are closer to each other when approaching the crest of the weir at the narrowing place, and the accumulation of flow lines increases in the place of the flow narrowing. The interference of flow lines at the narrowing place reduces the flow coefficient of the flow passing over the weir. The increase in transverse constricting and the decrease of 25 and 50% in the length of the weir crest caused a decrease in the flow discharge coefficient of 14.4 and 9.81%, respectively, compared to the sharp-crested weir of the same channel width. By creating a constant for the weir crown in the width of the compound weirs and placing them at a maximum angle of 45 degrees, the flow rate coefficient is increased 8.91% compared to the angle of the compound sharp-crested weir to the flow.

کلیدواژه‌ها [English]

  • The compound sharp-crested weir
  • Discharge coefficient
  • Angle of weir
  • Transverse constriction
  • Numerical model

مراجع

[1] United States. Bureau of Reclamation. (2001). Water measurement manual. The Bureau, Chapters 5 and 7.
[2] Wu, S., & Rajaratnam, N. (1996). Submerged flow regimes of rectangular sharp-crested weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 122(7), 412-414. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(1996)122:7(412)
[3] Grant, D. M., & Dawson, B. D. (1995). Open Channel Flow Measurement Handbook. 4th Edition, Isco Environmental Division, Lincoln, NE.
[4] Bergmann, M. (1963). Special weirs, Water measurement manual. USBR Publication Report Number HYD-505 United States Bureau of Reclamation (USBR), USA, Chapter 7, Section 13.
[5] Martinez, J., Reca, J., Morillas, M. T., & Lopez, J. G. (2005). Design and calibration of a compound sharp-crested weir. Journal of Hydraulic Engineering, 131(2), 112-116. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2005)131:2(112)
[6] Jan, C. D., Chang, C. J., & Lee, M. H. (2006). Discussion of “Design and calibration of a compound sharp-crested weir” by J. Martinez, J. Reca, MT Morillas, and JG Lopez. Journal of Hydraulic Engineering, 132(8), 868-871. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2006)132:8(868)
[7] Mohammed, A. Y., Al-Talib, A. N., & Basheer, T. A. (2013). Simulation of flow over the side weir using simulink. Scientia Iranica, 20(4), 1094-1100. [In Persian]
[8] Aydin, I., Altan-Sakarya, A. B., & Sisman, C. (2011). Discharge formula for rectangular sharp-crested weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 22(2), 144-151. doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2011.01.003
[9] Lee, J. T., Chan, H. C., Huang, C. K., & Leu, J. M. (2012). Experiments on hydraulic relations for flow over a compound sharp-crested weir. International Journal of Physical Sciences, 7(14), 2229-2237. doi: 10.5897/IJPS11.1695
[10] Khassaf, S. I., Attiyah, A. N., & Al-Yousify, H. A. (2016). Experimental investigation of compound side weir with modeling using computational fluid dynamic. International Journal of Energy and Environment, 7(2), 169-178.
[11] Farzin, S., Karami, H., Yahyavi, F., & Nayyer, S. (2018). Numerical study of hydraulic characteristics around the vertical and diagonal sharp crested weirs using Flow3D simulation.. Civil Infrastructure Researches, 4(1), 15-24. doi: 10.22091/cer.2017.1661.1068 [In Persian] 
[12] Samadi, A., & Arvanaghi, H. (2014). CFD simulation of flow over contracted compound arched rectangular sharp crested weirs. Iran University of Science & Technology, 4(4), 549-560.
[13] Altan‐Sakarya, A. B., Kokpinar, M. A., & Duru, A. (2020). Numerical modelling of contracted sharp‐crested weirs and combined weir and gate systems. Irrigation and Drainage, 69(4), 854-864. doi: 10.1002/ird.2468
[14] Majedi Asl, M., valizadeh, S., & Mohammad Taghizadeh, Y. (2021). Study of energy dissipation of gabion structure downstream of Ogee weir using laboratory and meta-model methods. Journal of Hydraulics, 16(4), 21-35. doi: 10.30482/jhyd.2021.285286.1526 [In Persian]
[15] Setyandito, O., Christian, S., & Lopa, R. T. (2022). Flow characteristics investigation on trapezoidal weir using FLOW 3D. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 998(1), 012013. IOP Publishing. doi: 10.1088/1755-1315/998/1/012013
[16] Dasineh, M., Ghaderi, A., Bagherzadeh, M., Ahmadi, M., & Kuriqi, A. (2021). Prediction of hydraulic jumps on a triangular bed roughness using numerical modeling and soft computing methods. Mathematics, 9(23), 3135. doi: 10.3390/math9233135
[17] Bagherzadeh, M., Mousavi, F., Manafpour, M., Mirzaee, R., & Hoseini, K. (2022). Numerical simulation and application of soft computing in estimating vertical drop energy dissipation with horizontal serrated edge. Water Supply, 22(4), 4676-4689. doi: 10.2166/ws.2022.127
[18] Wang, Y., Wang, W., Hu, X., & Liu, F. (2018). Experimental and numerical research on trapezoidal sharp-crested side weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 64, 83-89. doi: 10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.005
[19] Flow Science Inc. (2016). FLOW-3D V 11.2 User’s Manual; Flow Science: Santa Fe, NM, USA.
[20] Yakhot, V. Orszag, S.A. Thangam, S. Gatski, T.B. and Speziale, C.G. (1992). Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4, 1510-1520. doi: 10.1063/1.858424
[21] Majedi-Asl, M., Daneshfaraz, R., Fuladipanah, M., Abraham, J., & Bagherzadeh, M. (2020). Simulation of bridge pier scour depth base on geometric characteristics and field data using support vector machine algorithm. Journal of Applied Research in Water and Wastewater, 7(2), 137-143. doi: 10.22126/arww.2021.5747.1189
[22] Daneshfaraz, R., Bagherzadeh, M., Ghaderi, A., Di Francesco, S., & Asl, M. M. (2021). Experimental investigation of gabion inclined drops as a sustainable solution for hydraulic energy loss. Ain Shams Engineering Journal, 12(4), 3451-3459. doi: 10.1016/j.asej.2021.03.013
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار