مطالعه عددی عوامل موثر بر عملکرد هیدرولیکی جریان عبوری از سرریز کنگره‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی و مدیریت منابع آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

2 استادیار، گروه مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

چکیده

سرریز کنگره­ای از سازه­های هیدرولیکی غیرخطی می­باشد که شکل هندسی آن، سبب افزایش ضریب دبی جریان عبوری از سرریز می­گردد. در این تحقیق، سرریز کنگره­ای در کانالی به طول 6/14 متر، با استفاده از 6 دبی در محدوده 15 تا 600 لیتر بر ثانیه در مدل Flow-3D شبیه­سازی و نتایج حاصل، با داده­های آزمایشگاهی معتبر صحت­سنجی شد. مدل­های آشفتگی k-ε،RNG k-ε  و LES به‌منظور انتخاب مدل آشفتگی مناسب برای شبیه­سازی این نوع سرریز مورد استفاده قرار گرفتند. جهت ارزیابی میزان دقت شبیه­سازی، از سه شاخص R2،RMSE  و MAE استفاده شد. مدل آشفتگی RNG k-ε، بهترین نتایج را برای نسبت بی­بعد هد بالادست به ارتفاع سرریز (HT/p) به­دست آورد. در ادامه، شکل تاج سرریز (نیم­دایره­ای و ربع­دایره­ای) و ضخامت بدنه سرریز به‌عنوان عواملی تاثیرگذار در مقدار ضریب دبی، معرفی و بررسی شدند. نتایج حاکی از آن است که افزایش 50 درصدی ضخامت بدنه سرریز، موجب کاسته شدن 22/8 درصدی از مقدار ضریب دبی می­شود. همچنین، بزرگی ضریب دبی در سرریز با تاج نیم­دایره شکل، از مقدار ضریب دبی در سرریز با تاج ربع­دایره، حدود 22/5 درصد بیش­تر می­باشد. همچنین سرعت و عمق جریان عبوری از سرریز کنگره­ای با ضخامت بدنه 1/38 و 15/57 سانتی­متر مورد ارزیابی قرار گرفت. نتیجه بررسی حاکی از آن است که افزایش ضخامت دیواره سرریزکنگره­ای، سبب افزایش عمق و سرعت جریان عبوری از سرریز شده و به تبع آن از مقدار ضریب دبی کاسته ­شده ­است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Effective Parameters in Hydraulic Performance of Flow over Labyrinth Weir

نویسندگان [English]

  • Elham Zamiri 1
  • Hojat Karami 2
  • Saied Farzin 2
1 M.Sc. Student of Water Resources Engineering and Management, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Labyrinth weir is one of the nonlinear hydraulic structures that its geometrical shape increases the discharge coefficient of flow over the weir. In this study, a labyrinth weir, located in a 14.6 m long channel, was simulated and verified using an experimental model with 6 different discharges (15<Q2, RMSE and MAE were used. Results revealed that RNG k-ε presented the best responses for ratio of upstream head to weir height (HT/p). Based on the results, 50% increase in thickness of the weir wall led to 8.22% decrease in discharge coefficient. Also, discharge coefficient of labyrinth weir with half-round crest shape was about 5.22% more than that of labyrinth weir with quarter-round crest shape. Also, velocity and depth of flow over the labyrinth weir with 38.1 and 57.15 cm thick walls were evaluated. Results showed that increasing the thickness of weir wall increases the depth and velocity of flow over the weir and consequently the discharge coefficient decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crest shape
  • Discharge coefficient
  • Flow-3D
  • Labyrinth weir
  • Thickness of weir wall
  • Turbulence model

سمعیلی ورکی،م و صفررضوی­زاده،م. 1392. بررسی مشخصات هیدرولیکی جریان بر روی سرریزهای کنگره‌ای با پلان نیم‌دایره‌ای، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 27.1: 224- 234.

 شفاعت­طلب دهقانی،ح.، اسمعیلی ورکی،م و اشرف­زاده،ا. 1395. مطالعه آزمایشگاهی تاثیر تراز پایاب بر ضریب دبی جریان در سرریزهای کنگره­ای با پلان ذوزنقه­ای، نشریه تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و زهکشی. 17.63: 63 - 80.

 ضمیری،ا.، کرمی،ح و فرزین،س. 1395. مطالعه عددی سرریز کنگره­ای با استفاده از مدل آشفتگی RNG، پانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، 24 و 25 آذر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین. 

 فرزین،س.، کرمی،ح و ضمیری،ا. 1395. مطالعه جریان عبوری از سد لاستیکی با به­کارگیری هیدرودینامیک محاسباتی، نشریه علمی پژوهشی سد و نیروگاه برق‌آبی. 3.9: 1 - 12.

 نیک پیک،پ و کاشفی­پور،س.م. 1395. تاثیر شرایط هیدرولیکی و هندسه سرریز در مدل­سازی ریاضی ضریب دبی سرریزهای نوک­اردکی و مایل، نشریه علوم و مهندسی آبیاری.39.1:1 -10.

یوسفوند،ف.، منعم،م.ج و کاویانپور،م.ر. 1394. ارزیابی آزمایشگاهی و تحلیلی ضریب دبی دریچه سالونی در شرایط جریان مستغرق، نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 5.9: 811-819.

Anderson,R.M and Tullis,B.P. 2012. Piano key weir hydraulics and labyrinth weir comparison, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139.3: 246-253.

Carollo,F.G., Ferro,V and Pampalone,V. 2011. Experimental investigation of the outflow process over a triangular labyrinth-weir, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 138.1: 73-79.

Crookston,B.M. 2010. Labyrinth Weirs. All Graduate Theses and Dissertations. Utah State University.

Crookston,B.M and Tullis,B.P. 2012 a. Arced labyrinth weirs, Journal of Hydraulic Engineering. 138.6: 555-562.

Crookston,B.M and Tullis,B.P. 2012 b. Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. I: Discharge relationships, Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 139.5: 363-370.

Farzin,S., Karami,H., Zamiri,E and Nayyer,Sh. 2016. Three-dimensional modelling of flow over the cylindrical weir using Flow-3D software, 10th International River Engineering Conference, Shahid Chamran University, Ahwaz.

Hager,W.H., Pfister,M and Tullis,B.P. 2015. Labyrinth Weirs: Developments Until 1985, In E-proceedings of the 36th IAHR World Congress.

Hirt,C.W and Richardson,J.E. 1999. The modeling of shallow flows, Flow Science Technical. Notes. 48: 1-14.

Mirnaseri,M and Emadi,A. 2014. Hydraulic performance of combined flow labyrinth weir-gate, Journal of Advance in Agriculture and Biology. 2.1: 1-7.

Noori,B.M., Aaref,N.T. 2017. Hydraulic Performance of Circular Crested Triangular Plan Form Weirs, Arabian Journal for Science and Engineering. 1-10.

Payri,R., Tormos,B., Gimeno,J and Bracho,G. 2010. The potential of Large Eddy Simulation (LES) code for the modeling of flow in diesel injectors, Mathematical and Computer Modelling. 52.7:1151-1160.

Sabbagh-Yazdi,S.R., Rostami,F and Mastorakis,N.E. 2007. Turbulent modeling effects on finite volume solution of three dimensional aerated hydraulic jumps using volume of fluid, In Proceedings of the 12th WSEAS International Conference on Applied Mathematics. Stevens Point, Wisconsin, USA. 168-174.

Seo,I.W., Do Kim,Y., Park,Y.S and Song,C.G. 2016. Spillway discharges by modification of weir shapes and overflow surroundings. Environmental Earth Sciences. 75.6: 1-13.

Suprapto,M. 2013. Increase spillway capacity using Labyrinth Weir, Procedia Engineering. 54: 440-446.

Tullis,J.P., Amanian,N and Waldron,D. 1995. Design of labyrinth spillways, Journal of hydraulic engineering. 121.3: 247-255.

Tullis,B.P., Young,J.C and Chandler,M.A. 2007. Head-discharge relationships for submerged labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Engineering. 133.3: 248-254.

Wormleaton,P.R and Tsang,C.C. 2000. Aeration performance of rectangular planform labyrinth weirs. Journal of environmental engineering. 126.5: 456-465.