نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه سازه های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

2 استادیار گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

3 دانشیار گروه سازه های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

10.22055/jise.2017.19826.1416

چکیده

یکی از مشخصه­های مهمی که تاکنون در سرریزهای کلیدپیانویی کمتر به آن پرداخته شده، استهلاک انرژی می­باشد. با توجه به این ویژگی بررسی استهلاک انرژی جریان روی سرریز کلیدپیانویی هدف اصلی مطالعه حاضر می­باشد. بدین منظور در این مطالعه بلوک­هایی در کلید خروجی سرریز کلیدپیانویی مستطیلی تعبیه شد. برای ارزیابی تأثیر پارامترهای ارتفاع موانع (Hb)و فاصله اولین ردیف موانع مستطیلی از تاج کلید خروجی (Ds)، یک مدل فیزیکی از سرریز کلیدپیانویی به عرض 90 سانتی­متر ساخته شد. این سرریز روی یک فلوم آزمایشگاهی به طول 13 متر، عرض 90 سانتی­متر و ارتفاع 1 متر تعبیه گردید. سپس موانع روی کلید خروجی سرریز قرار داده شد. آزمایش­ها با دبی­های مختلف از 5 تا 135 لیتر بر ثانیه صورت پذیرفت و میزان استهلاک انرژی سرریز مورد ارزیابی قرار گرفت. موانع در دو ارتفاع متفاوت (12 و 8 سانتی­متر) و دو فاصله (  و  طول کلید خروجی از ابتدای آن) قرار داده شد. نتایج آزمایش­ها نشان داد که افزایش ارتفاع موانع و افزایش فاصله­ی اولین ردیف نصب، میزان استهلاک انرژی را افزایش می­دهد. از طرفی پارامتر ارتفاع نسبت به فاصله­، اثر بیشتری را در افزایش استهلاک انرژی دارد و میزان استهلاک انرژی در مدل با ارتفاع مانع 12 سانتی­متر، اختلاف چندانی با مدل 8 سانتی­متری نداشت؛ ولی حدود 10 درصد بیشتر از مدل بدون مانع بود. هم­چنین استهلاک انرژی در مدل با فاصله­ی   به اندازه­ی 4 درصد بیشتر از مدل با فاصله­ی  و به اندازه­ی 10درصد نیز بیشتر از مدل بدون مانع است. هم­چنین با افزایش دبی، میزان استهلاک انرژی کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of Height and First Roughness Distance on Energy Dissipation in Piano Key Weirs

نویسندگان [English]

  • Mahboobeh Qanavati 1
  • Seyed Mohsen Sajjadi 2
  • Javad Ahadiyan 3

1 M. Sc. Graduate of Hydraulic Structures, Department of Hydraulic Structures, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.

2 Assistant Professor, Department of Hydraulic Structures, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

3 Associate Professor of Hydraulic structures, Department of Hydraulic Structures, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.

چکیده [English]

Along with the numerous developments and facilities for constructing large dams, there is a need for developing design and construction methods for systems that can correctly discharge the floods. Weirs refer to any barrier across a channel that raises the flow level and accelerates the flow when flowing over it (Abrishami and Hoseini, 2011). Piano key weirs are the newest type of long-crest weirs and one of the best solutions for modifying the existing weirs. Reducing the energy of the flow over the weirs before their transfer downstream is a solution for preventing possible damage to the structure itself and downstream structures as well as the excess costs incurred by the builders of hydraulic structures due to constructing strong protective structures (Katourani, 2012). Lempèrière and Ouamane (2003) described the piano key weirs and stated their advantages compared to other conventional nonlinear weirs as the ability to place the weir in the crest of the reservoir dam and thus increasing the specific flow rate. Erpicum and Machieles (2011) compared the energy dissipation between two different geometries for a piano key weir and a spillway weir. Concerning the application of a block, the tests and results obtained by the US Land Renewal Organization indicate that using large blocks that separate the flow jet and create turbulence can effectively dissipate the kinetic energy of the current.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piano Key Weir
  • Energy Loss
  • Outlet Key
  • Rectangular Baffles

1-    Abrishami, J. and Hoseini, M., 2011. Open – Channel Hydraulics. Astan Quds Razavi Publishing House, Mashhad Iran. (In persian).

 

2-    Afzalian, A. and Ahadian, J., 2014. Piano key weirs with sloped parapet wall. Irrigation Sciences and Engineering, 38(2), pp.91-102. (In Persian).

 

3-    Akbarian, A., 2009. Design of hydraulic structures. Amidi Publishing House Iran. (In persian).

 

4-    Barani, Gh. and Abbasi parvin, Y., 2009. Energy dissipating in hydraulic structures (dissipating structure field study). University Jahad Publishing House, Amirkabir Industrial Unit. Iran. (In persian).

 

5-    Chen, C. L., 1992. Momentum and energy coefficient based on power low velocity profile. Journal of Hydraulic Engineering, 118(11), pp.548-571.

 

6-    Erpicum, S. and Machiels, O., 2011.  Energy dissipation on a stepped spillway downstream of a Piano Key Weirs – Experimental study, Labyrinth and piano key weirs-PKW 2011, Taylor & francis Group, London, pp.105-111.

 

7-    Erpicum, S,. Machiels, O,. Dewals, B.J,. Pirotton, M,. Archambeau, P., 2012. Numerical and Physical hydraulic modeling of Piano Key Weirs. HECE Research Group, ArGEnCo Department, University of Leige. Wallonia. Belgium.

 

8-    Javaheri, A. and Kabiri-Samani, A. R., 2011. Flow hydraulic on piano key weirs. M. Sc. Thesis. Faculty of Civil Engineering. Esfahan University of Technology. (in Persian)

 

9-    Katourani, S. and Kashefipour, S. M., 2012. Effect of the geometric characteristics of baffle on hydraulic flow conditions in baffled apron drop. Irrigation Sciences and Engineering, 37(2), pp.51-59. (In Persian).

 

10- Lempèrière F. and Ouamane A., 2003. The piano key Weir: a new cost-effective solution for spillways, International Journal of Hydropower and Dams, 10 (5), pp.144-149.

 

11- Machiels, O., 2012. Experimental study of the hydraulic behavior of Piano Key Weirs, Phd Dissertation, Faculty of Applied Science, University of Liege. Wallonia. Belgium.

 

12- Peterka, A., 1958. Hydraulic design of stilling basins and energy dissipators, United States Department of the Interior. USBR. NO. 25.

 

13- Shafai Bejestan, M., 2011. Basic concepts and application of physical-hydraulic modeling. Shahid Chamran University of Ahvaz Publishing House. Ahvaz. Iran. (In persian).

 

14- Yarmohammadi, B., 2015. Effect of parapet wall on the inlet submergence in piano key weirs. M. Sc. Thesis. Faculty of Water Engineering. Shahid Chamran University of Ahvaz. Ahvaz, Iran.
(in Persian).