بررسي آزمايشگاهي و عددي روابط ضريب دبي سرريزهاي لبه‌تيز كنگره‌اي U شكل در پلان

Experimental and Numerical Investigation on Discharge Coefficient Relationships sharp-crested U Shape Plan Form Weirs

در اين تحقيق، روابط ضريب دبي سرريزهاي لبه­‌تيز كنگره­اي U شكل در پلان (تك سيكل) به صورت آزمايشگاهي و عددي بررسي شده است. همچنين از 3 گروه سرريز به ارتفاع‌­هاي 10، 12/5 و 15 سانتي­‌متر و در هر ارتفاع، طول قوس‌­هاي متفاوت به مقادير 40/82، 45 و 48/10 سانتي‌­متر آزمايش شده است. هدف اصلي تحقيق حاضر، تعيين دبي عبوري از روي سرريز با ارائه روابطي براي ضريب دبي به صورت آزمايشگاهي مي‌­باشد. براي استخراج رابطه از آناليز ابعادي به روش پي باكينگهام استفاده گرديد. ضريب دبي به صورت بي ­بعد تابعي از نسبت طول قوس به عرض سرريز و نسبت هد روي سرريز به ارتفاع سرريز به دست آمد. شبيه­‌سازي سه­‌بعدي سرريزها به ­صورت عددي و با معادلات حاكم بر روش حجم محدود با استفاده از نرم‌­افزار FLOW-3D انجام گرديد، سپس با نتايج آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج تحقيق حاضر نشان مي‌­دهد كه رابطه پيشنهادي قابليت پيش‌­بيني مقادير دبي را با دقت بسيار بالا و خطا 4/79 درصد در بازه نسبت هد به ارتفاع سرريز 0/1 تا 1/2 را دارا مي‌­باشد. با افزايش طول قوس سرريزها، تداخل جريان افزايش و راندمان دبي كاهش مي­‌يابد، با اينكه با افزايش يافتن طول قوس ­سرريزها طول تاج افزايش مي‌­يابد راندمان آب‌گذري سرريز روند كاهشي مي­‌گيرد، حداكثر كاهش راندمان آب‌گذري در اين حالت 7/01 درصد مي­‌باشد. با ثابت بودن طول قوس و افزايش در ارتفاع سرريزها مشاهده ­گرديد كه راندمان آب‌گذري به طور محسوس كاهش مي­‌يابد كه حداكثر حجم جريان عبوري از روي سرريز 4/82 درصد كاهش را نشان مي‌­دهد.

In this research, the relationships of the discharge coefficient of the sharp-crested U shape plan form labyrinth weirs (one cycle) have been investigated experimentally and numerically. Also, from 3 groups of weirs with heights of 10, 12.5, and 15 cm and at each height, the length of different arches to the values of 40.82, 45 and 48.10 cm have been tested. The main purpose of the present study is to determine the overflow discharge from the weir by providing relationships for the discharge coefficient experimentally. Dimensional analysis was used by 𝜋 Buckingham method to extract the relationship. Three-dimensional simulation of weirs was performed numerically with equations governing the finite volume method using FLOW-3D software, then compared with laboratory results. The results of the present study show that the proposed relationship can predict discharge values with very high accuracy and an error of 4.79% in the ratio of the head-to-height weir of 0.1 to 1.2. As the length of the weirs arch increases, the flow interference increases, and the discharge efficiency decreases. Although with increasing the length of the weirs, the length of the crest increases, the weirs efficiency decreases, the maximum throughput efficiency decreases in this case, it is at 7.01%. With constant arc length and increase in weirs height, it was observed that the throughput efficiency decreases significantly, which shows a maximum volume of flow through the weirs of 4.82%.