مقایسه تاثیر نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی و شیب کلید بر ضریب آبگذری در سرریزهای کلید پیانویی دو و سه سیکل با دماغه مثلثی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب- دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه مهندسی آب،دانشگاه فردوسی مشهد- مشهد،ایران

3 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

سرریز از جمله سازه هایی است که برای تنظیم سیلاب های مازاد بر ظرفیت سد طراحی می شود. یکی از مهمترین دلایل تخریب سدها، ناکافی بودن ظرفیت تخلیه سرریزها است. به همین دلیل طراحی سرریز با ظرفیت عبوری بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سرریزهای کلید پیانویی نوع جدیدی از سرریزها هستند که ظرفیت تخلیه دبی بالایی دارند و می توانند به عنوان سازه ای اقتصادی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرند. در این تحقیق برای تعیین تأثیر پارامتر هندسی نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی سرریز و شیب بر ضریب آبگذری، 180 آزمایش روی سرریزهای دو و سه سیکل، تحت شرایط هیدرولیکی مختلف انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش بار هیدرولیکی، ضریب آبگذری ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین با افزایش نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی از 8/0 تا 25/1 ضریب آبگذری در سرریزکلید پیانویی به مقدار 26 درصد افزایش یافت. بررسی اثر تعداد سیکل نشان داد حداکثر ضریب آبگذری در سرریز دو سیکل بین 6/0 تا 76/0 و برای سرریز سه سیکل بین 4/0 تا 59/0 بود و در کلیه مراحل، عملکرد سرریز 2 سیکل بهتر از 3 سیکل بوده بطوریکه 29% افزایش ضریب آبگذری داشته است. علت این امر، پیچیده تر شدن شرایط جریان در سرریز سه سیکل و تداخل بیشتر خطوط جریان، استغراق موضعی، افت انرژی بیشتر در این شرایط و افزایش تعداد سیکل در یک عرض مشخص با طول موثر یکسان می باشد. در این تحقیق شرایط بهینه سرریز کلید پیانویی نوع A از نظر تاثیر توام شیب کلیدها و نسبت عرض ورودی به خروجی، با استفاده از دماغه مثلثی بررسی شد و نتایج نشان داد که سرریز کلید پیانویی با نسبت عرض کلید 25/1 و شیب 2/25 % با دماغه مثلثی بهترین ترکیب را برای ایجاد حداکثر ضریب آبگذری ارائه می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effect of the input to output key width and slope of key on discharge coefficient in two-cycle and three-cycle Piano Key Weirs with a triangular nose*

نویسندگان [English]

  • bijan kamaei abbasi 1
  • Saeed Reza Khodashenas 2
  • Mohammad Heidarnejad 3
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.
چکیده [English]

The Piano key weirs are new types of weirs which have a high discharge capacity and are more economical and highly efficient.in the current study, to determine the effects of geometrical parameters of ratio of input key on discharge coefficient,180 experiments have been done on two-cycle and three-cycle weirs under different hydraulic conditions. The results of the study indicated that by increasing hydraulic load, at first discharge coefficient increases and then it decreases. Discharge coefficient in the piano key weir also increases to 26% by increasing ratio of input key to output key from 0.8 to 1.25.the analysis of number of cycles revealed that the maximum rate of discharge coefficient for two-cycle weir was between 0.6 and 0.76 and for three-cycle weir was between 0.4 and 0.59.throuout the whole process, the performance of two-cycle weir was much better than three-cycle weir since the discharge coefficient of it was 29%.the reasons for this are the complexity of discharge conditions in three-cycle weir, more streamlines interference, local immersion , more energy loss and the increasing number of cycles in a specified width with the same effective length. The optimum condition of A-type piano key weir in terms of the simultaneous effect of weir slope and ratio of input width to its output using triangular nose has been examined. The analysis of findings showed that a piano key weir with a ratio of key width of 1.25 and a slope of 25.2% with a triangular nose is the best combination for the maximum rate of discharge coefficient.*

کلیدواژه‌ها [English]

  • piano key weir
  • Discharge coefficient
  • Width ratio of key
  • Hydraulic Model
احمدی، ح.، امین نژاد، ب.، و طاهباز عالی، ر. 1393. مطالعه عددی هیدرولیک جریان در سرریز کلید پیانویی. اولین کنفرانس ملی مهندسی عمران و توسعه پایدار ایران. بصورت الکترونیکی. مرکز راهکارهای دستیابی به توسعه پایدار.
رستمی، ه.، بردبار، ا،. کمان بدست، ا.، حیدرنژاد، م. و 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. 71: 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 .9(70):.113-126.
شفاعی بجستان، م. 1390. مبانی و کاربرد مدلهای فیزیکی و هیدرولیکی. ویرایش دوم. انتشارات دانشگاه شهید چمران. ص:238
شمسایی، ا. و سارنگ، ا. 1384. کتاب مدل‌های هیدرولیکی: مفاهیم و کاربرد. انتشارات دانشگاه صنعتی شریف. ص51.
شهابی راد، ن.، فضل اولی، ر.، و عمادی، ع. 1394. بررسی آزمایشگاهی اثر شیب ورودی به خروجی بر عملکرد هیدرولیکی سرریز کلیدپیانویی با ارتفاع ثابت ، کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، تبریز، ایران.
کاوه نسب، م. و گوهری، س. 1396. بررسی تاثیر شیبدار کردن وجه بالادست سرریزهای اوجی در ضریب تخلیه و مشخصات جریان. شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. اردبیل. انجمن هیدرولیک ایران-دانشگاه محقق اردبیلی.
کبیری‌سامانی، ع. و جواهری، ا. 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. و نظری، س. ۱۳۹۳. بررسی آزمایشگاهی مقایسه ضریب دبی درسرریزهای کلید پیانویی با تاج‌های متغیر. هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران. بابل. دانشگاه صنعتی نوشیروانی.
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.
Anderson, R.M. and 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. and 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.
Ganbari, R. and Heidarnejad, M. 2020. Experimental and numerical analysis of discharge hydraulic in triangular and rectangular piano key wiers. Water scince Journal. Doi./10.1080/11104929.2020.1724649.
Ghare, A.D., Mhaisalkar, V.A. and Porey, P.D. 2008. An approach to optimal design of trapezoidal Labyrinth weirs. World applied sciences journal 3:934-938.
Hai, N., Thanh, H., Thang Tang, Duc, M. and Khanh, H. 2017. Research on Piano KeyWeirs capacity for free and submerged discharges.
Laugier, F. 2007. Design and construction of the first Piano Key Weir spillway at the Goulours dam. Hydropower & Dams, 14:94-101.
Le Doucen, O., Ribeiro, M.L., Boillat, J.L., Schleiss, A. J. and Laugier, F. 2009. Etude paramétrique de la capacité des PK-Weirs. Modèles physiques hydrauliques – outils indispensables du XXIe siècle. SHF. Lyon.
Lux, F.L. and Hinchcliff, D. 1985. Design and construction of labyrinth spillways. Proceedings. 15th International Congress. Large Dams. ICOLD, Paris, France. 4:249-274.
Machiels, O., Erpicum, S., Pirotton, M., Dewals, B. and Archambeau, P. 2012. 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.
Ouamane, A. and Lempérière, F. 2006. Design of a new economic shape of weir. In proceedings of International Symposium on Dams in the Societies of the 21st Century. Barcelona. Spain. 463-470.
Ouamane, A., Debabeche, M., Lempérière, F. and 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.
Ribeiro, L.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.
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 .vol 121. No3.