بررسي اثر شيب وجوه بالادست و پايين‌دست سرريز لبه‌ پهن بر مشخصات جريان با استفاده از نرم‌افزار فلوينت

The effect of the upstream and downstream face slopes of the broad crested weirs on the flow characteristics

سرريزهاي لبه‌پهن از جمله سازه‌هاي هيدروليكي رايج در سيستم‌هاي آبياري و طرح‌هاي برق آبي هستند. تغيير شيب وجه بالادست و پايين‌دست از عوامل مهمي مي‌باشد كه مي‌تواند شرايط جريان و راندمان تخليه اين سازه‌ها را تحت‌تاثير قرار دهد. در اين پژوهش با استفاده از نرم‌افزار فلوينت نسخه 12.0.16 و بهره‌گيري از دو نوع مدل آشفتگي استاندارد، RNG پروفيل گراديان هيدروليكي و پروفيل سطح آزاد بر روي سرريز و همچنين ناحيه جدايي جريان ابتداي تاج در سرريزهاي با شيب‌هاي بالادست و پايين‌دست مختلف شبيه‌سازي شده است. به‌طوركلي نتايج به‌دست آمده از شبيه‌سازي عددي تطابق خوبي با نتايج آزمايشگاهي دارند. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه با شيب‌دار كردن وجه بالادست سرريز، محدوده جدايي جريان ابتداي تاج كاهش‌يافته و در نتيجه ضريب دبي افزايش مي‌يابد. تغيير شيب وجه پايين‌دست اثري بر ناحيه جدايي جريان ابتداي تاج و ضريب دبي نخواهد داشت اما عمق آب در بالادست سرريز و قسمت ابتدايي تاج تا قبل از محل تشكيل عمق بحراني در سرريز با شيب وجه بالادست تند مقداري بيش‌تر از سرريز با شيب وجه بالادست ملايم مي‌باشد. تغيير شيب وجه پايين‌دست موقعيت تشكيل عمق بحراني را تغيير نمي‌دهد اما با ملايم كردن شيب پايين‌دست با كاهش ميزان فشار منفي به‌دليل كاهش انحناي خطوط جريان و همچنين از بين رفتن ناحيه جدايي جريان ابتداي وجه پايين‌دست، احتمال وقوع پديده كاويتاسيون كاهش مي‌يابد.

Broad-crested weirs are common engineering structures in irrigation systems and hydroelectric schemes. Varying the upstream and downstream face slopes are of the important factors affecting flow conditions and discharge efficiency of structure. In this paper, the Hydraulic Grade Line, free surface profile over the broad crested weir and separation zone at the upstream corner of it have been simulated by using Fluent software. The turbulence models considered are the standard and renormalization group (RNG) . The simulation results are found in good agreement with measured data. The numerical simulations show that sloping the upstream face slope increases the discharge coefficient and decreases separation zone at the upstream corner and varying the downstream face slope does not affect the separation zone and discharge coefficient. Water depth before the critical depth in the weir with the steep upstream face slope however, is greater than the weir with the mild upstream face slope. The position of critical depth does not change by varying the downstream face slope. By using mild downstream face slope, negative pressure value decreases due to the decrease in curvature of streamlines, separation zone in downstream corner and the possibility of cavitations.