مقایسه ضریب دبی عبوری در سرریزهای کنگره‌ای با هندسه‌های متفاوت با استفاده از نرم افزار Flow-3D و مدل آزمایشگاهی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، واحد علوم وتحقیقات خوزستان، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

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

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

چکیده

یکی از راه‌های موثر بر افزایش طول سرریز در عرض معین استفاده از سرریز‌هایی با پلان غیر‌خطی نظیر مثلثی، ذوزنقه‌ای و سهموی می‌باشد، که به آن‌ها سرریز های کنگره‌ای یا زیگزاگی گفته می‌شود. که معمولا بصورت یک و یا چند سیکل ساخته می‌شوند. در نتیجه احداث این نوع از سرریزها، حجم جریان عبوری از آنها افزایش یافته و ارتفاع آزاد کمتری در بالادست نسبت به سرریز های خطی نیاز خواهد بود. این موضوع در مواقعی که به عنوان سازه تخلیه سیلاب عمل می‌نمایند حائز اهمیت بوده و منجر به تسهیل عبور جریان سیلاب می‌گردد. در این تحقیق با 4 دبی ( 5، 10، 15 و 20) لیتر بر ثانیه و عرض و ارتفاع کانال 30 و 40 سانتی‌متر، مدل‌های سرریزهای کنگره‌ای ذوزنقه‌ای، مربعی، مثلثی و کلید پیانویی بصورت آزمایشگاهی و با نرم‌افزارFlow3D با مدل آشفتگی
K-ε از نوعRNG مطالعه شد و نتایج با همدیگر مقایسه گردید. از بین تمامی مدل‌ها، سرریز کنگره‌ای مثلثی ببیشترین ضریب دبی را به خود اختصاص داده و با افزایش نسبت Ht/P برای تمامی مدل‌ها ضریب دبی کاهش می‌یابد و با این حال می‌توان نتیجه گرفت که تطابق نسبتا خوبی بین مقادیر حل عددی و آزمایشگاهی وجود دارد و بهترین محدوده برای نسبت Ht/P برای طراحی بین 14/0 تا 42/0 است که حداکثر ضریب دبی معادل Cd=1.24 در این محدوده قرار می گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparing the Discharge Coefficients of Labyrinth Weir Featuring Different Geometries and Laboratory Model Using Flow-3D Software

نویسندگان [English]

  • Amirreza Bahrebar 1
  • Mohammad Heidarnejad 2
  • Alireza Masjedi 3
  • Amir Abbas Kamanbedast 3
  • Amin Bordbar 2
1 Department of Water Science Engineering, Khouzestan Science and Research Branch, Islamic Azad University, Ahwaz, Iran.
2 Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahwaz, Iran.
3 Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahwaz, Iran.
چکیده [English]

One effective method of increasing the length of the weir for a given weir width is the use of weirs featuring nonlinear plans, namely triangular, trapezoidal and parabolic, that are generally termed labyrinth or zigzag weirs. These are made in one and/or several cycles and as a consequence to the construction of these weirs, the volume of flow passing through them increases and lower free height of the current will be needed in the upstream section in respect to the linear weirs. The issue becomes more important when the weir is served to discharge the floodwater and leads to the facilitation of the flow of the flood current. The present study investigated 4 discharge rates (5l/s, 10 l/s, 15 l/s and 20 l/s) for a channel width and height of, respectively, 30cm and 40cm in trapezoidal, square, triangular and piano key labyrinth weirs in laboratory using Flow 3D software which was in diffusion model K-ε in type RNG was investigated and the results were compared. From among all the models, triangular labyrinth weir accounted for the highest discharge coefficient. It was found out that the Ht/P ratio increases for all of the models results in the decrease in the discharge coefficient. However, it can be concluded that there is a relatively good match between the numerically acquired and laboratory values.The best range for proportion Ht/P for design is between 0.14-0.42 that the maximum discharge coefficient equivalent to Cd=1.24 would be placed in this range.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discharge coefficient
  • labyrinth weirs
  • Weir length
  • Flow 3D
عرب­عامری،م.، برفه‌ئی،م. 1395. حل معادلات ناویر - استوکس به کمک روش­های بدون شبکه توابع پایه شعاعی، دو فصل­نامه علمی-پژوهشی دریا فنون، دانشگاه علم و صنعت تهران. 3. 1: 47-53.

قاسم زاده،ف. 1396. شبیه­سازی مسایل هیدرولیکی در نرم­افزار Flow-3D. نشر نوآور، 256صفحه.

رضایی،م.، عمادی،ع.، آقاجانی مازندرانی،ق.1394. مطالعه آزاد سرریز آزمایشگاهی، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی ). 29. 6: 1438-1446.

قلی‌زاده،ع.، قدسیان،م.، پناهی،ر. 1395. بررسی عددی تاثیر شکل تاج بر ضریب آبگذری در سرریزهای کنگره‌ای قوسی با پلان ذوزنقه‌ای. 16. 4: 225-238.

کاهه،م.، دهقانی،ا.، کاهه،م.، ظهیری،ع. 1394. شبیه سازی هیدرولیک جریان در سازه ترکیبی سرریز-دریچه با استفاده از نرم افزار Flow-3D. نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک. 22. 1: 111-129.

قدسیان،م.، شنوایی،ح.، 1379. تاثیر طول تاج بر ضریب آبگذری در سرریزهای کنگره ای به روش CFD و بهینه سازی هندسه سریز با استفاده از مدل فازی-عصبی و الگوریتم ژنتیک. پایانامه کارشناسی ارشد، سازه های هیدرولیکی، دانشگاه سیستان و بلوچستان.

Carollo,G.F., Ferro,V and Pampalone,V. 2012. Experimental Investigation of the Outflow Process over a Triangular Labyrinth-Weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering.138.1: 73-79.

Crookston,B.M and Tullis,B.P. 2012. Arced Labyrinth Weirs. Journal of Hydraulic Engineering.138. 6: 555-562.

Hay,N and Taylor,G. 1970. Performance and design of labyrinth weirs, Journal of Hydraulic Engineering . 96. 11: 2337-2357.

Khode,B.V., Tembhurkar,A.R., Porey,P.D and Ingle,R.N. 2012.  Experimental Studies on Flow over Labyrinth Weir. Journalof Irrigation and Drainage  Engineering.138. 6: 548-552.

Megalhaes,A.P. 1985. Labyrinth weir spillway Transactions of the 15th Congress ICOLD, Lausanne,Switzerland. VI, Q59-R24: 395-407.

Melo,J., Ramos,C and Magalhaes,A. 2002. Descarregadores com soleira em labirinto de um ciclo em canais convergentes. Determinação da capacidad de vazão Proc. 6° Congresso da Água, Porto, Portugal (In Portuguese).

Taylor,G .1968.The performance of labyrinth weirs, PhD thesis, University of nottingham, U.K.

Tullis,B., Young,J and Chandler,M. 2007. Head-discharge relationships for submerged labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Engineering.133. 3: 248-254.

Tullis,J.P., Amanian,N and Waldron,D. 1995. Design of labyrinth spillways, Journal of Hydraulic Engineering .121. 3: 247-255.