بررسی تغییرات زمانی عمق آبشستگی در سازه مرکب سرریز – دریچه با استفاده از مدل عددی FLOW-3D

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، گرایش مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان،

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

چکیده

رفتار ترکیبی جریان ریزشی از سرریز با جت خروجی از زیر دریچه، شرایط متفاوتی را در پایین‌دست این قبیل سازه‌ها ایجاد می‌کند و باعث تغییر آبشستگی در پایین‌دست این سازه‌ها می‌شود برای حل این مشکل می‌توان سرریز و دریچه را باهم ترکیب کرد و تشکیل سیستم هیدرولیکی متمرکزی بنام سرریز ‌-‌ دریچه ارائه کرد که امکان انتقال مواد رسوبی از زیر دریچه و مواد شناور از روی سرریز را فراهم ‌آورد. هندسه مدل پژوهش حاضر در نرم‌افزار FLOW-3D در کانال مستطیلی شکل با حالت بستر رسوبی و فرسایش‌پذیر و در حالت عدم فشردگی جانبی ایجاد گردید. مصالح بستر، ماسه غیرچسبنده و سیال مورد استفاده آب زلال و شیب کف کانال صفر درنظر گرفته شد. در این پژوهش از دو مدل آشفتگی (LES) و مدل (RNG) و از 3 معادله نرخ انتقال بار بستر استفاده گردید و بعد از صحت‌سنجی با داده‌های آزمایشگاهی مشاهده شد که داده‌های مدل عددی با رابطه‌ی Van Rijn و با مدل آشفتگی LES با ضریب تعیین0.985= R2 و میانگین خطای مطلق0.107=RMSE برازش مناسب با داده‌های آزمایشگاهی دارد نتایج ارائه شده حاکی از این است که با افزایش عمق جریان بالادست، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش ارتفاع سازه سرریز در یک بازشدگی ثابت دریچه، حداکثر عمق آبشستگی به دلیل جت ریزشی افزایش می‌یابد و با افزایش بازشدگی دریچه ارتفاع آب روی سازه کاهش می‌یابد و همچنین جت خروجی از زیر دریچه کاهش یافته و باعث می‌شود عمق آبشستگی کاهش یابد. همچنین با افزایش میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه و میزان ارتفاع آب بالادست، حداکثر عمق آبشستگی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Temporal Variations of Scour Depth in Combined Weir-Gate Structure Using FLOW-3D Numerical Model

نویسندگان [English]

  • Behnam Namadian 1
  • Ebrahim Asadi 2
1 Master of Civil Engineering, majoring in Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Engineering, Shahid Madani University of Azerbaijan, Tabriz, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Madani University of Azerbaijan, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

The combined behavior of the overflow flow from the overflow with the outlet jet under the valve creates different conditions downstream of such structures and causes scouring downstream of these structures. To solve this problem, the overflow and the valve can be combined. And formed a centralized hydraulic system called a weir-gate, which allowed the transfer of sediment from under the valve and floating material from the spill. The geometry of the present research model in FLOW-3D software was created in a rectangular channel with a sedimentary and erodible bed state and in a non-lateral compression state. Bed materials, non-stick sand and fluid used were considered as clear water and zero channel slope. In this study, two turbulence models (LES) and model (RNG) and 3 equations of bed load transfer rate were used and after validation with laboratory data, it was observed that the numerical model data with Van Rijn relation And with LES turbulence model with coefficient of determination R2 = 0.985 and mean absolute error RMSE = 0.107 has a good fit with laboratory data. The presented results indicate that with increasing upstream depth, the maximum scour depth increases Find. Also, by increasing the height of the overflow structure in a fixed opening of the valve, the maximum scour depth increases due to the jet falling, and with increasing the opening of the valve, the height of water on the structure decreases and also the outlet jet decreases and causes Reduce scour depth. Also, with increasing the flow rate over the overflow and under the valve and the upstream water level, the maximum scouring depth increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite Structure
  • Flow-3D
  • Numerical Model
  • Scouring
  • Weir-Gate
سلامتی، س.، دهقانی، ا. ا.، مفتاح هلقی، م. و ظهیری، ع. ر. 1394. تخمین ضریب آبگذری سازه ترکیبی سرریز - دریچه با استفاده از روش برنامه‌ریزی ژنتیک. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 22 (2): 255-263.
کاهه، م.، دهقانی، ا. ا. و ظهیری، ع. 1393. مدل­سازی عددی آبشستگی پایین­دست سازه ترکیبی دریچه – سرریز با استفاده از نرم­افزار Flow-3D. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 21 (5): 115-133.
کاهه، م. دهقانی، ا. ا. و ظهیری، ع. 1394. شبیه­سازی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی دریچه – سرریز با استفاده از نرم­افزار Flow-3D. نشریه پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 22 (1): 111-129.
گرزین، ع. 1392. بررسی آزمایشگاهی حداکثر عمق آبشستگی در پایین­دست سرریز و دریچه مایل در ارتفاع. پایان­نامه کارشناسی ارشد. گروه آب. دانشکده مهندسی آب و خاک. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. گرگان. ایران.
قره­گزلو، م.، مسعودیان، م.، برنهارد، ه. و صالحی نیشابوری، ع. س. 1392. اثر سریز بر دبی دریچه در مدل ترکیبی سرریز – دریچه استوانه­ای. مجله مهندسی آبیاری و آب ایران. 3 (11): 86-95.
Ahmed, F. H. 1985. Characteristics of discharge of combined flow through sluice gate and over weir. J. Eng. Technol. 3 (2): 49-63.
Alhamid, A.A., Husain, D. and Negm, A.M. 1996. Discharge equation for combined flow over rectangular weirs and below inverted triangular. Weirs. Arab Gulf Journal of Scientific Research. 14 (3): 595-607.
Beshkoj, H.S. and Shaker, J.A. 2020. Hydraulic performance for combined weir-gate structure. Tikrit Journal of Engineering Sciences. 27 (1): 40-50.
Dehghani, A. A. and Bashiri, H. 2009. Experimental investigation of scouring in downstream of combined flow over weirs and below gates. 33rd Iahr Conference. Canada.
Flow-3D Help, Ver9.3. 2008. Flow science Inc.
Hayawi, H.A.M., Yahia, A.A.G. and Hayawi, G.A.M. 2008. Free combined flow over a triangular weir and under rectangular gate. Journal of Damascaus University. 24 (1): 9-22.
Sadeghi, Y., Saneie, M. and Ershadi, S. 2017. Three-dimension numerical simulation of scour temporal changes due to flow in the downstream of combined weirs and gate model, Civil Engineering Journal. 3 (11): 1111-1120.
Shesha-Prakash, M.N. and Shivapur. A.V. 2004. Generalized head discharge equation for flow over sharp-crested inclined inverted V-notch weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 130 (4): 325-330.
Samani, J. and Mazaheri, M. 2009. Combined flow over weir and under gate. Journal of Hydraulic Engineering.135 (3): 224-227.
Sarhan, S.A. and Shaker, J.A. 2018. Analysis of simulation outputs for the mutual effect of flow in weir and gate system. Journal of University of Babylon for Engineering Sciences. 26 (6): 48-59
Negm, A.M., El-Saiad, A.A., Alhamid, A.A. and Husain, D. 1994. Characteristics of simultaneous flow over weirs and below inverted V-notches gate. Civil Eng. Res. Magazine (CERM). 16 (9): 786-799.
Uyumaz, A. 1988. Scour downstream of vertical gate. Journal of Hydraulic Engineering. 114 (7): 811-816
دوره 16، شماره 2 - شماره پیاپی 92
خرداد و تیر 1401
صفحه 432-445
  • تاریخ دریافت: 25 آبان 1400
  • تاریخ بازنگری: 24 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 11 اردیبهشت 1401
  • تاریخ اولین انتشار: 11 اردیبهشت 1401