شبيه سازي عددي سرريز پلكاني دريچه دار و پتانسيل وقوع پديده كاويتاسيون در آن

Numerical Simulation of gated stepped spillway and its Cavitation Potential

افزايش تراز آب در مخزن سد باعث افزايش ميزان انرژي برق آبي توليدي مي شود. با دريچه دار كردن سرريز مي توان با كمترين تغيير در ارتفاع سد تراز آب در مخزن را افزايش داد. از طرفي دريچه دار كردن سرريز دبي در واحد عرض و امكان ايجاد كاويتاسيون را افزايش مي دهد. در تحقيق حاضر با استفاده از نرم افزار Flow-3D ابتدا مدل عددي سرريز پلكاني با استفاده از نتايج آزمايشگاهي واسنجي شده است. در ادامه باهدف افزايش تراز آب مخزن تغييراتي ازجمله افزايش تراز تاج سرريز پلكاني و تعبيه دريچه هاي قطاعي بر روي سرريز اعمال و شرايط جريان مطالعه گرديده است. هدف اصلي اين پژوهش ارزيابي فشارهاي ايجادشده و پتانسيل وقوع پديده كاويتاسيون در سرريز پلكاني دريچه دار است. با بررسي بازشدگي هاي مختلف دريچه ها مشخص گرديد، با كاهش بازشدگي دريچه ها، فشار ايجادشده بر روي سرريز كاهش يافته و در كمترين حالت بازشدگي )بازشدگي 61 %(، فشار منفي بر روي پله اول كمتر از 3- متر مي شود. همچنين بر اساس نتايج به دست آمده وجود پايه دريچه ها در مسير جريان باعث ايجاد جداشدگي جريان در پله مجاور انتهاي پايه شده و فشار منفي نيز در پله پائين دست آن مشاهده مي شود. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد در اثر دريچه دار كردن سرريز پلكاني پتانسيل وقوع پديده كاويتاسيون در اين نوع سرريز بخصوص در ناحيه زير دريچه و بعد از پايه مياني افزايش مي يابد.

Increasing water elevation in dam reservoirs increases power plant working time and hydroelectric energy. If gated spillway is implemented, water elevation of reservoir can be increased with minimum changing of the dam height. Application of gate for spillways however increases discharge per unit width and the potential of cavitation attack. In the present work, using Flow3D software first the accuracy of the model was verified with experimental data of a stepped spillway. In the next step the spillway was gated keeping the flow discharge constant. To do this, the elevation of the ogee was increased and the chute width was narrowed. The main purpose of this study was to evaluate the pressure and cavitation potential in the gated step spillway. Studying flow condition in various gate opening showed that lower gate openings cause high negative pressures at the first step downstream of the gate. In the lowest opening of 10%, -9.2 m pressure was observed at the first step tip. In addition, according to the results, tail of the gate pier caused flow separation and negative pressure was observed at the downstream of step. Results show that using gated step spillway increases cavitation potential especially below the gate and after the gate pier.