نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری عمران - سازه هیدرولیکی دانشگاه سیستان و بلوچستان

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان.

3 دانشجوی دکتری سازه های هیدرولیکی، دانشگاه سیستان و بلوچستان.

چکیده

در این تحقیق به قابلیت استهلاک انرژی تندآب با موانع مستغرق استوانه­ای پرداخته شد. از مزیت­های این روش بر روش­های قبلی مانند سرریز پلکانی، خطر کاویتاسیون کمتر و اقتصادی­تر بودن آن می­باشد. در این تحقیق برای تحلیل عددی از نرم­افزار FLOW-3D استفاده شده است. این نرم­افزار با استفاده از روش حجم محدود معادلات جریان را حل می­کند. در این تحقیق جریان از نوع دائمی و اغتشاشی و سیال تراکم­ناپذیر در نظر گرفته شده است. مدل آشفتگی مورد استفاده در این تحقیقمی­باشد. بررسی افت انرژی در همه مدل­ها­ی شاهد نشان می­دهد، مقدار افت انرژی در همه­ی شیب­ها با افزایش نسبت YC/H(Yc عمق بحرانی و H ارتفاع تندآب) دارای روند نزولی با شیب نسبتاً تند می­باشد. به­طور کلی می­توان گفت استهلاک انرژی در مدل­های شاهد نسبت به انرژی بالادست در محدوده دبی­های این تحقیق  بین 10 درصد برای مدل با شیب 1 به 4 تا 64 درصد برای مدل با شیب 1 به 5 متغیر است. نتایج مقایسه افت در مدل­های با بستر دارای موانع نشان می­دهد در همه مدل­ها روند نزولی با شیب نسبتاً تند و نرخ کاهش به صورت تقریباً خطی می­باشد.  در مقایسه افت انرژی در شیب­های مختلف، مقدار نسبی افت انرژی در شیب 1 به 4 دارای بیشترین و در شیب 1 به 5 دارای کمترین مقدار می­باشد. به­طور کلی می­توان گفت استهلاک انرژی در این مدل­ها نسبت به انرژی بالادست از 81 درصد برای مدل با شیب 1 به 4 تا مقدار 43 درصد در مدل با موانع استوانه­ای و شیب 1 به 6 و 1 به 8 متغیر است. هم­چنین در مدل­های با موانع بستر، میزان استهلاک انرژی از 16 تا 39 درصد نسبت به مدل شاهد افزایش داشته است. در پایان نیز با استفاده از رگرسیون چند متغیره روابطی برای پیش­بینی افت انرژی در این نوع تندآب در حالت بستر صاف و با وجود موانع استخراج شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Chute Energy Dissipation with Submerged Cylindrical Obstacle using Flow 3D Model

نویسندگان [English]

  • Mohammad Rashki Ghaleno 1
  • Mehdi Azhdary Moghadam 2
  • Gholam Reza Azizyan 2
  • Kamran Khalifehei 3

1 Ph.D. Candidate, Civil Engineering Department, University of Sistan and Balouchestan, Iran

2 Assistant Professor, Civil Engineering Department, University of Sistan and Balouchestan, Iran

3 Ph.D. Candidate, Civil Engineering Department, University of Sistan and Balouchestan, Iran.

چکیده [English]

In general, the energy dissipating structures are used in order to prevent the destructive effects of high flow velocities through the spillways. Among these structures, the most commonly used structures are chutes in water conveyance systems in dams, irrigation and drainage networks, alluvial rivers and wastewater collecting and disposal systems. The energy dissipating structures are used at the downstream of this systems. The advantage of this method to the previous methods such as stepped spillway is that the risk ‎of ‎cavitation is less and it is more economical. ‎One of the ways to reduce the size or eliminate low energy dissipating structures is to use methods for reducing the flow energy over the chutes. One of these techniques, which has been used so far, is to create steps over the spillway. Another method is the application of obstruction or roughness on the spillway’s bottom. Baffled chute is a type of the dissipaters that is used extensively in open drainage networks and where the tailwater level has large fluctuations. The significance of this type of energy loss becomes more evident where the tailwater has obvious fluctuations. The purpose of this study is to numerically simulate the effect of cylindrical baffles over the chutes on the energy dissipation magnitude. In particular, the purpose of this study is to determine whether the cylindrical baffles can effectively reduce the kinetic energy and reduce the dimensions of the stilling basin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chute
  • Energy dissipation
  • Submerged Obstacle
  • Numerical simulation
  • Flow 3D

1-    Akbaryan, A. 1992. Hydraulic Design of structures of channels. Amidi pub,p700.(In Persian)

 

2-    Chow, V.T. 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Co, New York, NY.

 

3-    Katoorani, S. and,Kashefipour, S.M. 2011. Laboratory investigation of the effect of distance and width of the obstacles on the length of the hydraulic jump along the obstructed drop downstream, National Congress of Structures, Road, Architecture, Chalus, Islamic Azad University, Chalous Branch.(In Persian).

 

4-    Pagliara, S. and Chiavaccini, P. 2006. Flow resistance of rock chutes with protruding boulders. J. Hydraulic Engineerig. ASCE. 128(4), pp.545-553.

 

5-    Pagliara, S., Carnacina, N. and Palerm, M. 2009. “Energy dissipation in presence of block ramps with enlarged stilling basins.” 33rd IAHR Congress, Water Engineering for a Sustainable Environment.

 

6-    Peterka, A. , Hydraulic Design of Stilling Basins and Energy Dissipators, Engineering Monograph No. 25, U.S. Department of Interior, Bureau of Reclamation, 1964, pp. 154-188.

 

7-    Rahmanshahi, Z.M. and Shafai Bajestan M. 2012. Experimental Investigation of the Effect of Chute Bed Roughness Height on Energy Dissipation. Journal of Water and Soil Science. Vol 22, Num 2, Summer 2012, pp: 95-106. (In Persian).

 

8-    Rashidi Avandi, M. and Fathhi, A. 2016. The effect of artificial roughness in sloping drains on scouring Depth of Stilling basin, Master thesis, Shahid Chamran University of Ahvaz.p 97. (In Persian).

 

9-    Rhone, L. 1971. Studies to Determine the Feasibility of a Baffled Apron Drop as a Spiliway Energy Dissipator-Conconully Dam Spillway-Okanogan Project, Washington, U.S. Bureau of Reclamation, Report REC-ERC-71- 29.

 

10- Rodi, W. 1979. Turbulence models and their application in hydraulics- a state-of-the-art review. IAHR, Delft, Netherlamds.

 

11- Yakhot, V., Orszag, S. A., Thangam, S., Gatski, T. B. and Speziale, C. G. 1992. Development of Turbulence Models for Shear Flows by a Double Expansion Technique. Physics of Fluids A, 4,pp.1510-1520.

 

12- Zulfequar, A, Nadimetla, M, P, and Bernhard, W. 2009. Energy Dissipation on Block Ramps with Staggered Boulders. J. Hydraulic. Eng. ASCE. 135(6), pp.522-526.