Efficient of input to output key width and key gradient on flow rate coefficient on three-cycle piano key weirs

Document Type : Original Article

Authors

1 water engineering department, ferdowsi university of mashhad

2 Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Iran

3 Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahwaz, Iran.

Abstract

Today, using piano key weirs is a proper solution to increase the discharge capacity compared to existing weirs. The appropriate design of these weirs requires sufficient precision to predict the discharge capacity. In the current study, a new type of piano key weirs with a triangular nose has been used and to determine the effects of geometric parameters of the inlet to outlet key width ratio on the flow coefficient, various experiments have been carried on three-cycle weirs with a triangular nose under hydraulic conditions. The results of the study indicated that with the increase of hydraulic charge, the flow coefficient increases firstly and then decreases. The flow coefficient also shows an increase in Piano Key weir when the ratio of input key to output key increases from 0.8 to 1.25 and from 19.2 to 25.2%.A mathematical equation has been obtained using the results of the experiment to determine the discharge coefficient of three-cycle piano key weirs. This equation has less errors than other equations found in the previous findings. Furthermore, throughout the whole process of adhesion-aeration, piano key weirs reached the highest discharge coefficient (0.1 ≥Hd/P≤ 0.2) and two-cycle weirs gave a significantly higher discharge coefficient than three-cycle weirs. The results of this study revealed that the proportion of Wi/Wo=1.25 and the slope of 25.2 percent had the highest discharge coefficient (0.592).

Keywords

References

صفرزاده ا، خیاط رستمی، س.؛ 1394. ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر ارتفاع بر هیدرولیک سرریزهای کلیدپیانویی مستطیلی مستغرق، نشریه علمی پژوهشی سد و  نیروگاه برق آبی، سال دوم، شماره 7.
صفرزاده گندشمین، ا و نوروزی، ب.، ۱۳۹۲. بررسی عددی تاثیر دیوار جان پناه بر عملکرد هیدرولیکی سرریز کلید پیانویی، پنجمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، تهران، انجمن علوم و مهندسی منابع آب ایران، دانشگاه شهید بهشتی.
رستمی، ه،. بردبار، ا.، کمان بدست، ا.، حیدرنژاد،م.، حسین پور، م.، (1397) بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی در سرریزهای تک و دوسیکل کلید پیانویی و مقایسه آن با سرریز زیگزاگی پلان مستطیلی. نشریه تحقیقات مهندسی آبیاری و زهکشی. شماره71. تابستان 1397. صفحات 66-76.
روشنگر. ک.، ماجدی اصل. م.، اعلمی. م ت و شیری. ج.، (1397).، بررسی آزمایشگاهی جریان آزاد و مستغرق در سرریزهای کلید پیانویی. تحقیقات مهندسی سازه های آبیاری و زهکشی .مقاله 9، دوره 19، شماره 70، بهار 1397، صفحه 113-126.
مهبودی، ع، عطاری، ج ، حسینی، ع و جلیلی قاضی زاده، م .، ۱۳۹۳. بررسی آزمایشگاهی مقایسه سرریز کلید پیانویی با سرریزهای کنگره ای و خطی، سیزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، تبریز، دانشگاه تبریز- گروه مهندسی آب.
کبیری‌سامانی، ع. و ا.، جواهری.، 1391، تعیین ضریب دبی سرریزهای کلید پیانویی در حالت جریان آزاد، اولین کنفرانس بین المللی و سومین کنفرانس ملی سد و نیروگاه های برق آبی.
کریمی چهارطاقی، م، نظری، س، ۱۳۹۳. بررسی آزمایشگاهی مقایسه ضریب دبی درسرریزهای کلید پیانویی با تاج‌های متغیر، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، بابل، دانشگاه صنعتی نوشیروانی.
 
Anderson, R.M., Tullis, B.P.(2013),“Piano Key Weir hydraulics and labyrinth weir comparison”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 139, No. 3, PP: -246-253.
Belzner F., Merkel J., Gebhardt M. & Thorenz  C. (2017). Piano Key and LabyrinthWeirs at German waterways: Recent and future research of the BAW  .Labyrinth and Piano Key Weirs III – PKW 2017 – Erpicum et al. (Eds) © 2017 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-1-138-05010-5.
Bos, M.G., (1976), Discharge measurement structures, International Institute For Land Reclamation and Improvement, Wagemingen, the Netherlands.
Gebhardt M., Merkel J., Belzner ,F& Thorenz C. (2017) . A comparison of side weirs and labyrinth weirs at Ilmenau river  Labyrinth and Piano Key Weirs III – PKW 2017 – Erpicum et al. (Eds) © 2017 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-1-138-05010-5.
Ghare, A.D., Mhaisalkar, V.A., and P.D porey, (2008), an approach to optimal design of trapezoidal Labyrinth weirs. World applied sciences journal 3:934-938.
Leite Ribeiro M., Boillat J.L. and Schleiss A.J. (2011), Experimental parametric study for hydraulic design of PKWs, Labyrinth and piano key weirs-PKW, CRC press, London, 183-190.
Lux, F.L. and D. Hinchcliff., (1985), Design and construction of labyrinth spillways. Proceedings. 15th International Congress. Large Dams, ICOLD, Paris, France, 4:249-274.
Machiels O., Erpicum S., Archambeau P., Dewals B. and Pirotton M. (2012A), Influence of weir height and keys slope on PKW discharge, in proceedings of 4th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures,Porto, Portugal.
Machiels O., Erpicum S., Pirotton M., Dewals B. and Archambeau P.(2012B), Experimental analysis of PKW hydraulic performance and geometric parameters optimum, in proceedings of Piano Key Weir for in-stream storage and dam safety (PKWISD-2012), New Delhi, India, 97-114.
Olyaie . E., Heydari .M., Banejad. H & Chau.K.W.,(2019)., laboratory investigation on the potential of computational intelligence approaches to estimate the discharge coefficient of piano key weir., DOI: 10.22075/jrce.2018.13233.1241., Article 3, Volume 7, Issue 1 - Serial Number 13, Winter 2019, Page 42-61.
Ouamane A.& Debabeche M. Lempérière F.& Vigny ,J.P. (2017) Twenty years of research in Biskra University for Labyrinths and Piano KeyWeirs and associated fuse plugs Labyrinth and Piano Key Weirs III – PKW 2017 – Erpicum et al. (Eds) © 2017 Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-1-138-05010-5
Taylor, G. (1968). “The performance of labyrinths weirs.”Ph.D. thesis,Univ. of Nottingham, Nottingham, UK.
Tullis, J.P., Amanian, N. and Waldron, D. (1995), “Design of Labyrinth Spillways”, Journal of Hydraulic Engineering 121.
Iranian Journal of Irrigation & Drainage
Volume 14, Issue 3 - Serial Number 81
July and August 2020
Pages 867-880

Files

Share

How to cite

Statistics