بررسي عددي رفتارجريان فوق بحراني برروي سرريزهاي جانبي كليدپيانويي

A numerical study on the behavior of a supercritical flow over piano key side weirs

سرريزهاي جانبي از جمله سازه هاي هيدروليكي هستند كه به عنوان يك سازه انحرافي مي توانند به منظور كنترل و تقسيم دبي درجريان هاي سيلابي و با سرعت بالا، به كار گرفته شوند. جريان برروي اين سازه ها از نوع متغير مكاني و درحالت كاهش دبي است. باتوجه به بكارگيري سرريزهاي جانبي در انتقال و كنترل دبي در جريان هاي سيلابي و مقادير قابل توجه سرعت، وقوع جريان فوق بحراني برروي سرريز جانبي بسيار محتمل است. هنگامي كه طول دهانه سرريز محدود باشد مي توان از سرريزهاي جانبي كنگره اي و كليد پيانويي استفاده نمود. يكي از مزاياي اين سرريزها افزايش طول موثر سرريز نسبت به بازشدگي دهانه است. عمده مطالعات انجام شده در زمينه سرريزهاي جانبي كليدپيانويي محدود به روش آزمايشگاهي بوده، بنابراين با توجه به شرايط محدود آزمايشگاه هزينه زياد انجام آنها و پيشرفت هاي اخير در زمينه مدل هاي عددي، شبيه سازي اين سرريز با نرم افزارهاي ديناميك سيالات محاسباتي حايز اهميت است. در اين تحقيق سرريزهاي جانبي با اشكال مختلف در پلان توسط نرم افزارFLOW-3D شبيه سازي شده است. ابتدا با نتايج آزمايش هاي موجود، مدل عددي FLOW-3D كاليبره و صحت سنجي براي شبيه سازي سرريزهاي جانبي انجام شد. ازجمله نتايج بدست آمده در اين تحقيق، تعيين و ارايه رابطه بين ضريب تصحيح انرژي جنبشي(α) وضريب تصحيح اندازه حركت (β)، تعيين و ارايه ضريب آبگذري براي سرريزهاي جانبي كليدپيانويي در جريان فوق بحراني و همچنين مقايسه شكل سرريز هاي كليدپيانويي است. نتايج تحقيق حاضر مي تواند در طراحي سرريزهاي جانبي مورد استفاده قرار بگيرد.

Side weirs are a type of hydraulic structures that can be used as a deviator structure for controlling and dispensation of discharge in flood and high velocity flows. The flow on these structures is spatially varied flow type with decreasing discharge. Due to the applications of side weirs for transferring and controlling discharge in flood flows and considerable velocities, its very likely to have supercritical flow on these kind of structures. Piano key and labyrinth side weirs can be used, when the width of the weir opening is limited. The increase in side weir's effective length relative to its opening is one of the advantages of these side weirs. The majority of studies done on the Piano key weirs had been limited to experimental methods, due to the limited conditions of laboratory, high cost and recent development in numerical models, its important to simulate these weirs in fluid dynamics software’s. In this research side weirs with different plans have been simulated by FLOW-3D. The FLOW-3D numerical model has been calibrated and verified for simulating side weirs using experimental results. Determination and presentation of the relation between the kinetic energy correction factor () and the momentum correction factor (β), discharge coefficient for Piano key side weirs in supercritical flow and comparing the shapes of piano key side weirs are some of the results of this research. These results can be used in designing these side weirs.