بررسی یکنواختی جریان در آبگیرهای طرفین سرریز لبه پهن در پیچ یک آبراهه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی رودخانه، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی کرج، دانشگاه تهران

2 گروه آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

چکیده

شواهد زیادی از ساخت سرریز و سدانحرافی در محدوده پیچ رودخانه وجود دارد. عموماً ساخت سامانه آبگیر در دو طرف پیچ آبراهه ضروری بوده است. احداث سرریزها در محدوده پیچ رودخانه، مشکلاتی را از نظر عدم تقارن توزیع جریان و انحراف آب به آبگیرهای طرفین رودخانه پدید می‌آورد. در این تحقیق، کارکرد سرریزهای لبه پهن در پیچ یک آبراهه، با هدف یکنواختی بده جریان ورودی به آبگیرهای ساحل چپ و راست، در شرایط جریان آب صاف مورد ارزیابی قرارگرفته است. در مدل فیزیکی سرریز در پیچ آبراهه، اثر بده جریان و ارتفاع آب‌پایه آبگیرها در راستای جریان برای سرریز در موقعیت 60 درجه پیچ مورد بررسی قرار گرفت. مدل ریاضی FLOW-3D بر اساس نتایج تجربی واسنجی و تأیید گردید. از این مدل برای بررسی اثرات پنج متغیر (بده ورودی، زاویه آبگیری، نسبت عرض آبگیر به عرض آبراهه، ارتفاع آب‌پایه و موقعیت قرارگیری سرریز در پیچ) بر یکنواختی بده آبگیرها مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که بهترین شرایط برای یکنواختی بده جریان در آبگیرهای طرفین پیچ آبراهه، استقرار سرریز در موقعیت 60 درجه در میانه پیچ با نسبت (1:10) عرض آبگیر به آبراهه، همراه با آب‌پایه، و با زاویه آبگیری صفر درجه می‌باشد. کارآیی زاویه آبگیری60 درجه بهتر از 90 درجه بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of uniformity of flow rate at bilateral water intakes of a broad-crested weir in a channel bend

نویسندگان [English]

  • Mehdi Yasi 1
  • Atefeh Farhadi bansoule 2
1 Associate Professor of River Engineering, Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj Campus, Karaj 3158777871, IRAN
2 Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

Construction of weirs in river bends results in the poor performance of intake structures on both sides of the river. The hypothesis for consistent distribution of flow across a bend is the uniformity of unit flow rate over the weir via the change of the spillway-crest profile from horizontal to sloping crest. The main aim of the present study was to simulate flow pattern upstream of sharp- and broad- crested weirs across a 90- degree laboratory channel bend, using FLOW-3D model. The simulation results were compared with corresponding 32 test results from independent physical model and from FLUENT model studies. The stability and sensitivity analysis was carried out to set up for the turbulence model, turbulent mixing length, roughness height, numerical grid sizes, and run time. The RNG turbulence model was better adopted; the turbulent mixing length was about 7% of head water over the weir crest; the size of numerical grids was optimized with 0.02 m; and the run time was about 60 seconds. Modeling results were not sensitive to the turbulent mixing length and roughness heights of the channel. The results indicated that horizontal crested weirs are sufficient outside the bend. Sloping crest weirs provide better convergence of the unit flow rates across the bend in sections between 30 and 60 degrees. It was proved that the slope of the weir crest is to be in the range of 2º to 5º toward the outer bank of the bend. The broad-crested weirs are superior within the channel bend.

کلیدواژه‌ها [English]

  • River bend
  • Broad-crested weir
  • Intake
  • FLOW-3D model
ایاسه، ا. 1390. شبیه‌سازی جریان بر روی سرریز در پیچ یک آبراهه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشکده علوم و مهندسی آب، دانشگاه ارومیه.

حسینی، س. ع.، یاسی، م. 1395. کارکرد سرریزهای لبه‌کوتاه کرامپ در پیچ یک آبراهه. مجله پژوهش آب ایران. جلد 10، شماره 1، بهار 1395، صفحه 59 - 67.

رستم آبادی،م. 1392. تعیین شرایط مناسب آبگیری جانبی از پیچ با استفاده از مدل عددی. رساله دکتری آب، دانشکده عمران، دانشگاه تربیت مدرس.

سلامت­روندی، ن. 1391. شبیه­سازی جریان در بر روی سرریز در پیچ یک آبراهه با استفاده از مدل عددی FLOW-3D.  پایان‌نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشکده علوم و مهندسی آب، دانشگاه ارومیه.

عبدالله پور، م. 1389. ارزیابی کارکرد سرریزهای لبه تیز با تاج شیب‌دار در پیچ 90 درجه. پایان‌نامه کارشناسی ارشد سازه­های آبی، دانشکده علوم و مهندسی آب، دانشگاه ارومیه.

ولی­محمدی، ا. و یاسی، م. 1394. ارزیابی هیدرولیکی سرریزهای لبه پهن با تاج افقی و شیبدار در پیچ یک آبراهه. مجله تحقیقات کاربردی مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی. 16(65): 70-55.

Boss, M.G. 1988. Discharge measurement structures. ILRI Pub. Wageningen.

Chanel P.G., Doering J.C. 2008. Assessment of spillway modeling using computational fluid dynamics. Can. J. Civ. Eng. 35: 1481–1485.

 Heydari, M. M., Mehrzadegan, R. 2014. Effect of Baffles on the Flow and Hydrodynamics of Settling Basins: A Review. Journal of Agricultural Research52(1), 137-151.

 Hoseini, S. H. 2014. Experimental investigation of flow over a triangular broad-crested weir. ISH Journal of Hydraulic Engineering20(2), 230-237.

 Kumcu, S. Y. 2017. Investigation of flow over spillway modeling and comparison between experimental data and CFD analysis. KSCE Journal of Civil Engineering, 21(3), 994-1003.

 Meireles, I. N. Ê. S., Silva, S. O. R. A. I. A., Viseu, T. E. R. E. S. A., Sousa, V. I. T. O. R. 2014. Experimental and numerical study of water intakes: Case study of the Foz Tua hydropower plant.

 Novak, P., Moffat, A. and Nalluri, C. 1990. Hydraulic structures, Pitman, London. 546 P.

 Yasi, M. 1989. Training and bank protection of alluvial rivers by Bio-technical means. M.Sc. Thesis. Shiraz University. Shiraz. Iran. (In Farsi: www.mehdiyasi.ir).