مطالعه موردي بررسي عددي شكل گيري كاويتاسيون در سرريز نيلوفري با استفاده از نرم افزار Flow3D

Numerical investigation of the formation of cavitation in the morning glory spillway

در سرريزهاي نيلوفري در محل ورودي سرريز و محل اتصال ورودي قيفي شكل و شفت قائم و همچنين در محدوده زانويي، پيش بيني مي شود كه امكان وقوع كاويتاسيون وجود داشته باشد. اين موضوع باعث شده است سرريزهاي نيلوفري به عنوان يكي از مستعدترين سرريزها براي شكل گيري كاويتاسيون شناخته شوند. در اين تحقيق با استفاده از شبيه سازي عددي اين موضوع بررسي شده است. براي مدل سازي عددي از نرم افزار Flow3D استفاده شده و براي معتبرسازي، نتايج مدل عددي با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديده، كه تطابق مطلوبي را بين نتايج مدل عددي و آزمايشگاهي نشان مي دهد. در اين شبيه سازي، پارامترهاي سرعت و فشار براي دبيهاي مختلف وهمچنين امكانپذيري وقوع كاويتاسيون با محاسبه شاخص كاويتاسيون بررسي شده است. نتايج اين تحقيق نشان مي دهند در محدوده ورودي سرريز، بدليل جدايش جريان حاصل از تغيير شيب مماس به سطح هندسه، فشار منفي ايجاد شده و در دبي هاي قبل از استغراق، كاويتاسيون وجود خواهد داشت و در رژيم جريان مستغرق بدليل كاهش سرعت، امكان وقوع كاويتاسيون وجود ندارد. شفت قائم، در حالت رژيم جريان آزاد، همانند سرريز شوت عمل كرده و بدليل كمتر بودن اصطكاك، سرعت زياد بوده و امكان وقوع كاويتاسيون وجود خواهد داشت. ولي در حالت استغراق بدليل وجود جريان آرامتر، كاويتاسيون مشاهده نمي گردد. در محدوده زانويي بدليل انقباض جريان در ابتدا و انتهاي زانويي، كاويتاسيون محتمل ميباشد، اما در بقيه نقاط، شاخص كاويتاسيون از محدوده بحراني فاصله دارد.

Morning glory spillway is one of the most susceptible cases for the occurrence of the cavitation phenomena. At the entrance of the spillway، the junction of the funnel entrance، the vertical shaft and within the elbow، cavitation is expected. In the present study، the flow characteristics included the inlet and outlet discharge and the velocity and pressure in the elbow walls were calculated for Alborz dam spillway by using of Flow3D software and the results were compared with the experimental data. The comparison of the numerical results and the experimental data showed the good agreement between them. Also، the occurrence probability of the cavitation in various parts of the morning glory spillway was investigated using of the cavitation index. The results showed that the negative pressure occurs at the entrance of the spillway due to the flow separation. The cavitation was observed just at discharges less than submerged discharge and there was not occurrence probability of the cavitation in the submerged flow regime. In addition، the vertical shaft will act such as chute spillway in the case of the free surface regime and because of the less friction and the high velocity، there was the occurrence probability of the cavitation. In the case of the submerged flow regime، duo to the low velocity، cavitation was not observed. Finally، there was the occurrence probability of cavitation at the beginning and the end of the elbow، but in the other points of the spillway، cavitation index was more than the critical cavitation index.