مطالعه عددي و آزمايشگاهي تركيب سرريز كنگره‌اي با روزنه و تأثير آن بر ضريب دبي جريان

Numerical and experimental study of the combination of labyrinth weir with orifice and its effect on discharge coefficient

تركيب سرريزهاي كنگره‌اي با روزنه مي‌تواند راه حلي مفيد براي عبور مواد شناور از روي سرريز و انتقال مواد رسوبي از روزنه باشد. همچنين ايجاد شكاف در بال سرريز موجب عبور دبي بيشتري مي‌شود. در اين تحقيق با چهار دبي ( 5، 10، 15 و 20 ليتر بر ثانيه) و عرض و ارتفاع كانال 30 و 40 سانتي‌متر، مدل‌هاي سرريزهاي كنگره‌اي ذوزنقه‌اي- روزنه، مربعي- روزنه و مثلثي- روزنه به‌صورت آزمايشگاهي و با نرم‌‌افزار Flow3D با مدل آشفتگي K-ε از نوع RNG مطالعه شد و نتايج با همديگر مقايسه شد از بين تمامي مدل‌هاي گفته شده، سرريز كنگره‌اي مثلثي- روزنه‌دار بيشترين ضريب دبي را به‌خود اختصاص داد و با افزايش نسبت Ht/P (Ht: هد آب روي تاج سرريز، P: ارتفاع سرريز ) براي تمامي مدل‌ها ضريب دبي افزايش يافت. با توجه به كارآيي اين نوع از سرريزها بيشترين ضريب دبي در نسبت‌هاي Ht/P پايين، به‌دست آمد. در نسبت‌هاي پايين با توجه به اينكه جريان به حالت آزاد است ضريب دبي سرريز روند صعودي داشته و با افزايش اين نسبت سرريز حالت نيمه­ مستغرق پيدا مي‌كند. همچنين براي طراحي سرريز، بهترين نسبت Ht/P در محدوده بين 0/13 تا 0/41 است كه حداكثر ضريب دبي معادل 1/2Cd= در اين محدوده قرار مي‌گيرد.

The combination of a labyrinth weir with an orifice is a proper solution for floating material to pass over the weir and transfer sediment through the orifice. Additionally, creating a slot in the overflow wing leads to higher discharge. This study examined four discharges (5, 10, 15, and 20 liters per second) with channel width and height of 30 and 40 cm in trapezoidal-orifice, square-orifice, and triangular-orifice labyrinth weirs in the laboratory and using Flow3D with RNG k-epsilon (k-ε) turbulence model, the results were compared with one another. Comparing the discharge flow over weirs and measuring the discharge coefficient among the mentioned models showed that the triangular-orifice labyrinth weir had the highest discharge rate. Moreover, the increased Ht/P ratio (Ht represents total hydraulic head; P denotes weir height) for all models resulted in the increased discharge coefficient. Due to the efficiency of this type of weirs, the highest discharge coefficient was obtained at low Ht/P ratios. At lower ratios, since there was free flow, the coefficient of weir discharge increased, and as the ratio increased, the weir was partially submerged. Furthermore, for the weir design, the best Ht/P ratio was between 0.13 to 0.41, and the maximum discharge coefficient (Cd = 1.2) was within this range.