بررسي عددي عملكرد سرريزهاي پلكاني-كنگره اي بر روي استهلاك انرژي جريان هاي غيرريزشي

Numerical investigation of labyrinth stepped spillways’ performance on energy dissipation of skimming flow

يكي از بارزترين مشخصات سرريز هاي پلكاني، استهلاك انرژي جريان در طول سرريز در اثر انتقال به پايين دست مي باشد. هدف از اين تحقيق پيشنهاد و معرفي شكل جديدي از سرريزهاي پلكاني براي دستيابي به بيشترين سطح از استهلاك انرژي جريان در انتقال به پايين دست سرريز مي باشد. در اين تحقيق هيدروليك جريان عبوري از سرريز پلكاني تحت تاثير تغيير و اصلاح شكل هندسي پله ها به شكل كنگره هايي از ذوزنقه، مثلثي و مستطيلي به كمك مدل FLOW-3D بررسي شده است. نتايج نشان داد كه ايجاد تداخل تيغه هاي جريان در اثر عبور آب از روي شكل كنگره اي پله ها نكته ي قوت اين نوع از سرريزهاي پلكاني-كنگره اي مي باشد. همچنين شكل كنگره-اي ذوزنقه اي عملكرد بهتري براي دست يابي به بيشترين ميزان استهلاك انرژي از خود نشان مي دهد. در شرايط جريان يكسان، سرريز پلكاني-كنگره اي مستطيلي، مثلثي و ذوزنقه اي به ترتيب به ميزان 4.62، 12.21 و 23.76 درصد در كاهش سرعت جريان و 5.6، 13.1 و 17 درصد در استهلاك انرژي بيشتر نسبت به سرريز پلكاني متعارف موثر بودند. كه علت اين امر تداخل خطوط جريان و افزايش مقاومت در برابر جريان و همچنين افزايش ناحيه فرآيند گردش مجدد و ايجاد جريان چرخشي بيشتر در اين نوع از سرريز هاي پلكاني جديد مي-باشد. اين نوع از سرريزها در مقايسه با سرريزهاي پلكاني متعارف كمترين هد باقيمانده را دارد. نسبت هد باقيمانده در اين سرريزها به طور متوسط برابر 2.57 ≈ Hres/yc و در سرريزهاي پلكاني متعارف برابر 4.32 ≈ Hres/yc مي باشد. در نهايت مي توان از اين سرريزها به عنوان نسل جديدي از سرريزهاي پلكاني در جهت افزايش راندمان و عملكرد هيدروليكي آنها نام و بهره برد.

One of the main characteristics of stepped spillways is energy dissipation along the spillway during the flow transmission. This research is to propose a new form of spillways’ steps in order to achieve the maximum level of energy dissipation. In this paper flow hydraulics affected by geometric reform of steps to labyrinths with trapezoidal, triangular and rectangular shapes is investigated numerically using FLOW-3D model. The results show that production of flow interferences during flow passing over the labyrinth shapes is the main achievement of labyrinth stepped spillway. Also, trapezoidal labyrinth shape shows a better performance in accessing the maximum energy dissipation. In the same flow condition the rectangular, triangular and trapezoidal labyrinth shaped stepped spillways are effective in flow velocity reduction by 4.62%, 12.21% and 23.76% and also in more energy dissipation by 5.6%, 13.1% and 17% respectively compared to the usual flat stepped spillway. This is because of streamline interference and increasing the resistance against the flow and also the extension of recirculating region and production of more rotational flow. These types of spillways have fewer amounts of the residual head than that for flat stepped spillways. The residual head ratio (Hres/yc) in this type of spillway is ~2.57 while it is ~4.32 in the flat stepped spillway. Finally one can find these types of spillways as next generation of stepped spillways which increases the efficiency and hydraulic performance.