بلوک‌های موجود روی سازه‌ی تونلی و تأثیر آن‌ها بر اتلاف انرژی جریان در سرریز کلیدپیانویی مستطیلی نوع B

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 استادیار مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران.
3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه کربلا، کربلا، عراق
10.48311/mcej.2025.116626.1004
چکیده
سرریزهای کلیدپیانویی، به‌عنوان نوعی سرریز کنگره‌ای تکامل‌یافته و به‌صورت غیرخطی، به‌دلیل بازدهی بالای عبور جریان، مورد توجه هستند. در این پژوهش، هدف اصلی بررسی میزان اتلاف انرژی و راهکارهای افزایش آن با استفاده از بلوک‌هایی با اشکال هندسی متفاوت است که بر روی سازه تونلی نصب‌شده در کلیدهای خروجی سرریز کلیدپیانویی مستطیلی نوع B قرار می‌گیرند. این آزمایش‌ها در یک فلوم به طول 10 متر، عرض 8/0 متر و ارتفاع 1 متر انجام شد. سرریز در فاصله 5/5 متری از ابتدای کانال نصب گردید. سه ارتفاع مختلف سرریز (20/0، 18/0 و 15/0 متر) و سه شکل بلوک (مستطیلی، دایره‌ای و ذوزنقه‌ای) مورد مطالعه قرار گرفت. یافته‌ها نشان می‌دهد که بیشترین اتلاف انرژی به‌ترتیب مربوط به بلوک‌های مستطیلی، ذوزنقه‌ای و دایره‌ای است. با افزایش 11/1 و 33/1 برابری ارتفاع سرریز نسبت به کمترین ارتفاع، اتلاف انرژی به میزان 8/6 و 8/18 درصد افزایش می‌یابد. همچنین، با افزایش ارتفاع سرریز، ضریب دبی کاهش پیدا می‌کند. مقایسه نتایج نشان داد که وجود سازه تونلی در مقایسه با حالت بدون آن، منجر به اتلاف انرژی بسیار بیشتری می‌شود. در پایان، از تحلیل ابعادی برای محاسبه اتلاف انرژی در سرریزهای با و بدون بلوک استفاده شد تا نتایج برای شرایط طبیعی و دیگر انواع سرریزهای کلیدپیانویی قابل تعمیم باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Blocks on the tunnel structure and their effect on flow energy dissipation in a type B rectangular piano key weir (PKW)

نویسندگان English

Wadi Mohammed Wadi 1
Ali Khoshfetrat 2
Musa Habib Jasim 3
Niloofar Salemi 1
1 Department of Civil Engineering, Isf.C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
2 Assistant Professor, Water Studies Research Center, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Karbala, Karbala, Iraq
چکیده English

Piano key weirs (PKWs), as an evolved type of non-linear labyrinth weir, are notable for their high discharge efficiency. This research primarily aims to investigate the rate of energy dissipation and strategies to enhance it by using blocks of different geometric shapes installed on a type B rectangular PKW outlet key. The experiments were conducted in a flume 10 m long, 0.8 m wide, and 1 m high. The weir was installed 5.5 m from the channel's inlet. Three different weir heights (0.20, 0.18, and 0.15 m) and three block shapes (rectangular, circular, and trapezoidal) were studied. The findings indicate that the highest energy dissipation is associated with rectangular, trapezoidal, and circular blocks, respectively. Increasing the weir height by factors of 1.11 and 1.33 compared to the minimum height resulted in energy dissipation increases of 6.8% and 18.8%, respectively. Furthermore, as the weir height increases, the discharge coefficient decreases. A comparison of the results showed that the presence of a tunnel structure leads to significantly higher energy dissipation compared to the case without it. Finally, dimensional analysis was used to calculate energy dissipation for weirs with and without blocks, allowing the results to be generalized to prototype conditions and other types of PKWs.

کلیدواژه‌ها English

Piano key weir
Weir height
Relative energy
Outlet keys
Type B