بررسی تأثیر روزنه دایره‌ای بر ضریب آبگذری سرریزهای کلید پیانویی با استفاده از FLOW-3D

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
عباس امیری 1
حجت کرمی 2
سعید فرزین 3
محمد رضا نیک پور 4
1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
2 استادیار گروه مهندسی عمران آب و سازه های هیدرولیکی، دانشگاه سمنان
3 استادیارگروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی ، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
4 استادیارگروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده
یکی از راهکارهای موثر و اقتصادی جهت افزایش راندمان سرریزها، استفاده از سرریزهای غیرخطی بوده که با تغییر هندسه پلان و افزایش طول سرریز در عرض ثابت از کانال، ظرفیت عبور جریان افزایش می­یابد. در این پژوهش، عملکرد هیدرولیکی سرریزهای کلیدپیانویی توسط نرم افزار FLOW-3D شبیه­سازی شده و با استفاده از داده­های آزمایشگاهی، مورد صحت سنجی قرار گرفته است. در ادامه، با ایجاد روزنه­های دایره­ای به صورت منفرد و دوتایی روی پاشنه سرریز ( ) ، ضریب آبگذری سرریز ترکیبی نسبت به پارامترهای بدون بعد برای نسبت­های آبی مختلف، بررسی و ارزیابی شده است. نتایج نشان می­دهد در حالی­که دبی عبوری از روزنه نسبت به رابطه مستقل محاسبه دبی، تغییر محسوسی ندارد، افزایش قطر روزنه، ضریب آبگذری سرریز ترکیبی را با حداکثر نسبت بازشدگی 05/0= ، بین 5/0 تا 6 درصد نسبت به سرریز کلید پیانویی بدون روزنه افزایش می­دهد. همچنین، با افزایش ارتفاع روزنه­ منفرد با قطر ثابت، ضریب آبگذری بین 5/0 تا 3 درصد کاهش می­یابد. از سوی دیگر، استفاده از روزنه­های دوتایی، ضریب آبگذری را نسبت به حالت منفرد با همان نسبت بازشدگی کاهش داده، به طوریکه با افزایش فاصله روزنه­ها، در ابتدا با روند افزایشی و سپس در 2< با روند کاهشی روبرو بوده است. در انتها با استفاده از پارامترهای بدون بعد، رابطه­ای برای تخمین ضریب آبگذری با 95/0R2= ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of Circular Orifice Effect on Discharge Coefficient of Piano-Key Weirs using FLOW-3D

نویسندگان English

abbas Amiri 1
Hojat Karami 2
Saeed Farzin 3
Mohammad Reza Nikpour 4
1 M.Sc. Student of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering and Hydraulic Structures, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran.
4 Assistant Professor. Department of Water Engineering. University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده English

One of an effective and economical solution in order to weir efficiency is using nonlinear weirs, Which can cause the increase of the flow over weir by changing in geometric plan and increasing in weirs length in fixed widths of the channel . in this research, the hydraulic performances of the piano-key weirs has been simulated by FLOW-3D and also it has been validated by the laboratory data. In the following, the discharge coefficient (Cd) has been measured and evaluated with the creation of single and double circular orifice on the heel of weir ( , For the different water head and in relation to without dimension parameters .

Findings shown with the expansion orifice diameter, discharge coefficient of combined weir -with the maximum opening - is increasing between 0.5 to 6% in comparison to without orifice piano-key weir., besides, with the rise in the high of single orifice ,which has a fixed diameter, the discharge coefficient is reducing between 0.5 to 3%. From the other side, the usage of double orifices decreases the discharge coefficient in comparison to the single type at the same opening size, in a way that by increase in the distance of orifices, at first, it faces to the rising trend and then by reaching to it starts revising. Finally, an equation is provided for the estimation of the discharge coefficient by benefiting without dimension parameters with .

کلیدواژه‌ها English

Combined weir
Discharge coefficient
Numerical Modeling
Orifice
Piano-Key weir
1- Anderson, R.M. and Tullis, B.P. (2012). “Comparison of piano key and rectangular labyrinth weir hydraulics". J. Hydraulic Eng. 138, pp. 358- 361.
2- Attari, J., Mehboudi A., Hosseini, S.A.,”Experimental study of discharge coefficient For trapezoidal pianokey weirs”. Flow Measurement and Instrumentation 50 (2016)65–72.
3- Balouchi ,B., Zinivand, M. “Experimental Investigation on Discharge Coefficient for Combined Structure of Weir-Gate under Flood Conditions” Water and Soil Science,2012. (in Persian)
4- Barcouda, M., Cazaillet, O., Cochet, P., Jones, B.A., Laroix, S., Laugier, F., Odeyer, C. and J. P.Vigny.2006. "Cost effective increase in storage and safety of most dams using fusegates or P.K. Weirs”, In Proceedings of 22éme CIGB/ICOLD Congress, Barcelona.
5- Blanc, P. and F. Lempérière. 2001. “Labyrinth spillways have a promising future”, International Journal of Hydropower and Dams, 8(4): 129-131.
6- Crookston, B.M., Tullis, B.P., “Discharge Efficiency of Reservoir-Application-Specific Labyrinth Weirs”, American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 138(6), 2012, 564-568.
7- Darvas, L.A, “Discussion of ‘Performance and design of labyrinth weirs,’ by Hay and Taylor”, American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 97(80), 1971, 1246-1251.
8- Gharahgezlou, M., Masoudian, M., Haber, B., Salehi Neyshaboury, S. A. A.. “Effect of weir flow on gate discharge in combined cylindrical weir-gate” Water eng. 2013. (in Persian)
9- Gholizadeh, M. Ghodsian, R. Panahi.”Numerical study of effect of Crest shape on Discharge Coefficient of Trapezoidal Arced Labyrinth Weir”. Modares Civil Engineering Journal (M.C.E.J) Vol.16, No.4, September 2016. (in Persian)
10- Hay, N., Taylor, G., “Performance and design of labyrinth weirs”, American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 96(11), 1970, 2337-2357.
11- Ilkhanipour Zeynali, R., Kashefipour Dezfouli, M, Mousavi Jahromi, H, Fathimoghadam, M “Influence of the Gate and Weir Interaction on Discharge characteristics of the Weir-Gate Combined Flow Structure” Water and Soil Science,2017. (in Persian)
12- Karami H., Karimi S., Bonakdari H., Shamshirband Sh.,“Predicting discharge coefficient of triangular labyrinth weir using extreme learning machine, artificial neural network and genetic programming” Neural Comput & Applic (2016).
13- Leite Ribeiro, M., Albalat, C., Boillat, J. L., Schleiss A. J. and F. Laugier. 2007. “Rehabilitation of St-Marc dam: Experimental optimization of a piano key weir”. In Proceedings of 32th IAHR Congress, Venice, Italy.
14- Leite Ribeiro, M., Bieri, M., Boillat, J. L., Schleiss, A. J., Delorme, F. and F. Laugier. 2009. Hydraulic capacity improvement of existing spillways, Design of piano key weirs. In Proceedings of 23rd congress of CIGB/ICOLD, Brasilia.
15- Leite Ribeiro, M., Bieri, M., Boillat, J.-L., Schleiss, A.J., Singhal, G. and Sharma, N. (2012a). “Discharge capacity of Piano Key Weirs”. J. Hydraulic Eng. 138, pp. 199-203.
16- Leite Ribeiro, M., Pfister, M., Schleiss, A.J. and Boillat, J-L. (2012b). “Hydraulic design of A-type Piano Key Weirs”. J. Hydraulic Res. 50(4), pp. 400- 408.
17- Lempérière, F. and A. Ouamane. 2003." The piano keys weir: A new cost-effective solution for spillways”. International Journal of Hydropower and Dams, 10(5): 144-149.
18- Machiels,O., Pirotton,M.,Pierre,A., Dewals,B., Erpicum,B.” Experimental parametric study and design of Piano Key Weirs” Journal of Hydraulic Research Vol. 52, No. 3 (2014), pp. 326–335.
19- Mirnaseri M., Emadi A., “Hydraulic Performance of Combined Flow Labyrinth Weir-Gate” Adv. Agric. Biol. 2 (1), 2014: 1-7 . DOI: 10.15192/PSCP.AAB.2014.1.1.Article1.
20- Saad Neveen Y., Fattouh Ehab M., “Hydraulic characteristics of flow over weirs with circular openings” Ain Shams Engineering Journal (2016).
21- Safarzadeh, A., Noroozi, B. “Three Dimensional Hydrodynamics of Arced Piano Key Spillways” Journal of Hydraulics , Article 5, Volume 9, Issue 3, Autumn 2014, Page 61-79. (in Persian)
22- Safarzadeh,A., Noroozi,B. “3D Hydrodynamics of Trapezoidal Piano Key Spillways”, Int J Civ Eng (2017) 15:89–101.
23- Talor, G., “The performance of labyrinth weirs”, PhD thesis, university of Nottingham, Nottingham, England, 1968.
24- Tullis, J.P., Amanian, N., and Waldron, D., “Design of labyrinth weir spillways”, American Society of Civil Engineering, Journal of Hydraulic Engineering, 121(3), 1995, 247-255.
مهندسی عمران مدرس
دوره 19، شماره 2
خرداد و تیر 1398
صفحه 13-25