بررسي تاثير دبي، شيب سرريز و مشخصات پله‌ها در سرريز اوجي-پلكاني بر روي استهلاك انرژي با استفاده از مدلهاي عددي

Investigation on effect of Discharge, spillwayʹʹs slope and stepʹʹs characteristics on the Ogee-stepped spillwayon energy dissipation by applying numerical models

سرريزهاي پلكاني يكي از اجزاي هيدروليكي سدها مي‌باشند كه از پله‌هاي متوالي از نزديكي تاج تا پنجه سرريز تشكيل شده و هدف از طراحي آنها استهلاك انرژي مي‌باشد. در اين تحقيق براي شبيه‌سازي جريان بر روي سرريز پلكاني از نرم‌افزار Flow-3D كه يك نرم‌افزار تحليلي ميدان جريان مي‌باشد، استفاده شده است. مدل آشفتگي كه براي اين منظور استفاده شده است، مدل (RNG)K-? مي‌باشد و تعيين پروفيل سطح آزاد جريان به كمك مدل VOF انجام مي‌شود. اين تحقيق صرفا" جهت بررسي رژيم جريان غيرريزشي در سرريزهاي پلكاني انجام شده است. براي اين منظور تعداد 112 مدل سرريز طراحي شده است كه از اين تعداد، 96 مدل اوجي پلكاني و 16 مدل اوجي صاف مي‌باشد. مدل‌هاي پلكاني داراي شش آرايش، دو اندازه پله و چهار شيب متفاوت (15 درجه،30 درجه، 45درجه و 60 درجه) در زير نقطه تماس مي‌باشند و لبه پله‌ها از پروفيل WES تبعيت مي‌كنند. سرريزهاي اوجي صاف نيز از مشخصات متناظر براي شيب و پروفيل تاج برخوردار هستند. هدف از انجام اين طرح بررسي تاثير دبي (هد نسبي)، شيب سرريز، تعداد پله، آرايش پله و زبري پله بر روي استهلاك انرژي مي‌باشد. در اين تحقيق مشاهده شد كه دبي عبوري از روي سرريز و شيب سرريز از پارامترهايي هستند كه تاثير بسيار زيادي بر افت انرژي سرريزهاي پلكاني داشته و در دبي‌هاي بالاتر تعداد و آرايش پله‌ها تاثير كمتري دارد. آرايش منطقي با در نظر گرفتن پارامترهاي ذكر شده جهت دستيابي به حداكثر افت انرژي معرفي گرديد.

Stepped spillwayʹs are one of hydraulic components of dams that made by straight stepʹs near the spillwayʹs crest to the toe to dissipate energy. In this study to simulate the flow over the stepped spillway, Flow3D software that is analytic flow field was used. The k-?(RNG) model was the turbulence model which had been applied, and to determine the free surface flow profiles VOF model was used.The skimming flow regime was only considered. For this purpose 112 spillway models was designed that from which, 96 models were stepped models and 16 models were smooth models. Stepped models had six configurations, two step sizes and four different slopes (15degrees, 30degrees, 45degrees and 60degrees) below the contact points and also step edges were followed WES profile. Smooth spillways had also corresponding specifications for the slope and crest profiles. The goal of this study was investigating on the effects of discharge, spillwayʹs slope, number of steps, configuration and steps roughness on energy dissipation. It was observed that discharge flowing over the spillway and slope of spillway were among the most effective parameters to achieve the highest energy dissipation on stepped spillways and in higher discharges, the number of steps and its configurations had less effects. Also a mentioned configuration considering the parameters to reach the maximum energy dissipation was introduced.