پديد آورندگان :
ابراهيم نژاديان، حمزه دانشگاه اروميه , مناف پور، محمد دانشگاه اروميه , بابازاده، وحيد دانشگاه اروميه
كليدواژه :
پديده كاويتاسيون , ديواره همگراي سرريز , شبيه سازي عددي , نرم‌افزارFlow 3D , مذ آشفتگي RNG K-ε
چكيده فارسي :
سرريزها از مهمترين و حساسترين بخش ها در سازه سدها به شمار مي آيند كه وظيفه تخليه درياچه سد در مواقع اضطراري و سيلابي را بر عهده دارند. با وجود اين كه مطالعات زيادي براي شناخت مشخصات جريان بر روي سرريزها انجام شده است، اما اطلاعات اندكي در مورد تاثير همگرايي ديواره هاي سرريز برروي مشخصه هاي هيدروليكي جريان فوق بحراني پاييندست تنداب و پتانسيل وقوع كاويتاسيون موجود است. براي كاهش هزينه‌هاي ساخت سرريزهاي نسبتاً طولاني و همچنين لحاظ عوامل توپوگرافيكي، ديواره‌هاي سرريز را بخصوص در تنداب‌ها به صورت همگرا اجرا مي‌كنند. دراثر همگرايي ديواره ها و اندركنش جريان سرريز با اين ديواره ها، جريان فوق بحراني موجي، شكل ميگيرد كه حاصل اين اندركنش، تشكيل امواجي در پاييندست سرريز و روي ديواره هاي تنداب مي باشد. اين پديده، ميدان جريان پاييندست را تحت تأثير قرار داده، شرايط نامتعادل هيدروليكي روي سرريز را باعث ميشود و بنابراين ارتفاع امواج روي ديواره، طرح ديوارهاي كناري تنداب را تحت تأثير قرار داده و از اين لحاظ پروفيل امواج روي ديواره نيز اهميت مي يابد.
مواد و روش‌ها: در اين تحقيق با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D، مدل آشفتگي و روش حجم محدود به شبيه‌سازي جريان بر روي سرريز همگرا سد گاوشان پرداخته‌شده و سپس تأثير همگرايي ديواره‌هاي سرريز سد گاوشان تحت زواياي مختلف همگرايي شامل 0، 1، 2، 5/2 و 3درجه بر مشخصه‌هاي هيدروليكي جريان مانند نحوه توزيع سرعت متوسط، فشار متوسط كف و عمق متوسط جريان و همچنين احتمال وقوع كاويتاسيون مورد بررسي قرار گرفت. براي صحت‌سنجي نتايج حاصل از تحليل عددي، از نتايج آزمايشگاهي مدل هيدروليكي سرريز استفاده شد.
يافته‌ها: نتايج حاكي از افزايش سرعت متوسط و عمق متوسط جريان با افزايش جمع شدگي ديواره‌هاي سرريز مي باشد. همچنين موقعيت مينيمم عمق جريان روي سرريز با افزايش جمع شدگي ديواره‌ها به تاج سرريزنزديك‌تر ميشود. جمع شدگي ديواره ها باعث ايجاد دو دسته موج هاي ثانويه در كناره ها و محور سرريز مي شود كه منجر به افزايش آشفتگي در جريان و افزايش ارتفاع ديواره هاي سرريز مي شود.
نتيجه‌گيري: با افزايش زاويه همگرايي، عدد فرود در طول مسير جريان كاهش مي يابد. با بررسي مقادير فشار مشخص شد كه به علت بالاآمدن عمق جريان در امتداد ديواره ها، فشار نيز در نزديك ديواره هاي شوت افزايش پيدا مي كند. بعلاوه با محاسبه ي شاخص كاويتاسيون در مقاطع مختلف مدل عددي مشخص شد كه با افزايش زاويه ي همگرايي، شاخص كاويتاسيون افزايش يافته و در نتيجه بالاترين ريسك پديده ي كاويتاسيون براي مدل با حداقل زاويه ي همگرايي خواهد بود.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Spillways are one of the most important and most sensitive parts of the dams' structures, which are responsible for the drainage of the dam in emergencies and floods. Although many studies have been conducted to identify flow characteristics over the spillways, but little information is available on the effect of the convergence of spillway walls on the hydraulic characteristics of the supercritical flow downstream of the chute and the potential for cavitation occurrence. To Reduce the Cost of Long Spillways and also With Considering Topography, Spillways Side Walls Especially in Chutes is Execute Convergent. Due to the convergence of the walls and the interaction of the flow of spillway with these walls, the supercritical stream is formed, which the result of this interaction is the formation of waves at the downstream of the spillway and on the walls of the chute. This phenomenon affects the downstream flow, causes uneven hydraulic conditions on the spillway, and therefore the height of the waves on the wall affects the design of the walls of the chute, and in this regard, the profile of the waves on the wall is also important.
Materials and Methods: In this Study, using Flow-3D Software, Turbulence and Finite Volume Method, Flow Over Convergent Spillway of Gavshan Dam Simulated and Then, the effect of convergence of the spillway walls of Gavshan dam under different angles of convergence including 0, 1, 2, 2.5 and 3 degrees of convergence on hydraulic characteristics of the flow, such as the average velocity distribution, medium pressure and mean depth of flow, as well as the probability of occurrence of cavitation were investigated.. To verify the Numerical Result, Experimental Data of Hydraulic Model was used.
Results: The results showed that with Increasing in Convergence of Spillway side walls, the Average Speed and Depth of Flow Increased. Location of Minimum Depth of Flow on Spillways with Increasing Convergence on the side walls becomes closer to the Spillway Crest. Convergence of the side walls Creates Two Sets of Secondary wave in axes and corner of Spillways, which leads to an increase in the height of the Side walls.
Conclusion: With the Increasing Convergence Angle, Froude number Decreases along the Flow path. Also, through exploring the pressure values, it was relieved that due to the rise of the flow depth along the walls, the pressure increases near the chute walls accordingly. Furthermore, by calculating the cavitation number at different sections of each numerical model it is realized that as the convergence angle of the model narrows, the cavitation index increases and consequently, the highest cavitation risk will be spotted for the least convergent model.
