تحليل عددي تاثير هندسه مجرا بر هوادهي جريان در تخليه‌كننده تحتاني سد

The numerical analysis of outlet geometry effects on flow aeration in dam’s bottom outlet

در سدهاي بلند به‌دلايلي مانند كنترل آبگيري اوليه، تخليه رسوبات مخزن، رهاسازي آب جهت آبياري و كاهش تراز مخزن براي تعمير و نگهداري، تخليه‌كننده تحتاني ساخته مي‌شود. به‌علت وجود جريان با سرعت زياد در قسمت تحت فشار مجرا ـ كه در سدهاي بلند به ازاي بار آبي مخزن سد ايجاد مي‌شود ـ احتمال وقوع كاويتاسيون(Cavitation) خصوصاً در اطراف دريچه، در اين سازه بسيار زياد است. لذا هوادهي جريان، جز لاينفك جريان در اين مجاري محسوب مي‌شود كه خود را در كانون توجه ويژه‌اي قرار داده است. در پژوهه حاضر، مدل 1 به 10 تخليه‌كننده تحتاني سد جگين به‌صورت عددي مدل گرديده و نتايج آن با نتايج حاصل از مدل آزمايشگاهي ساخته شده در موسسه تحقيقات آب وزارت نيرو، با همان مقياس مورد تاييد قرار گرفته است. براي بررسي تاثير هندسه مجرا بر هوادهي جريان، مدل‌هاي عددي مشابه با مدل اوليه ولي با ارتفاع متفاوت شبيه‌سازي شد. نتايج نشان‌دهنده تاثير گسترده ارتفاع مجرا بر هواي ورودي از هواده و توزيع غلظت هوا در عمق مي‌باشد. در حالت ثابت نگه‌داشتن عرض مجرا با افزايش نسبت عمق به عرض مجرا، تا حد مشخصي ميزان هواي ورودي از هواده افزايش يافته و پس از آن كاهش مي‌يابد. غلظت در عمق نيز با افزايش نسبت عمق به عرض مجرا افزايش پيدا مي‌كند. براساس مطالعات انجام‌گرفته از نقطه نظر هيدروليكي محدوده 5/1 الي 2 براي نسبت عمق به عرض، محدوده مناسبي است و ساير نسبت‌ها بر كاهش هوادهي و ضريب ? موثر است.

Bottom outlets in large dams are usually employed to control stage by stage impounding of reservoir, sediment release, water discharge for irrigation and lowering reservoir level. Due to reservoir high head that leads to high velocity flows in bottom outlets, the bottom outlets are very prone to form cavitationts especially in the outlet areas. Thus, flow aeration receives special attention in these structures.The present study models numerically jegin dam bottom outlet (scale 1:10) and compares and validates its results with the same scale prototype built in Water Investigation Institute of Ministry of Energy. To investigate the geometry effects of bottom outlet on flow aeration, similar numerical models to the original prototype but with different height values were made. The results showed the significant relationship of outlet height on air flow entrance into the aerator and the distribution of air accumulation in depth. When the width of bottom outlet is kept fixed, with the increase of depth to width ratio the amount of air entered is first increased to some extends but decreases with higher ratios. Air accumulation in depths also increases for higher ratios of depth to width. According to studies performed from the hydraulic point of view the range of 1.5 to 2 for depth-width ratios is appropriate and other ratios reduce aeration flow and the coefficient of ??.