mohammad heidarnejad
-
نقش آبشکن ها در حفاظت از دیواره رودخانه، آن ها را جزء موضوع های مهم مهندسی رودخانه قرار داده است. در این مطالعه، عملکرد دو مدل یادگیری ماشین شامل ماشین بردار پشتیبان (SVM) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) با نرم افزار FLOW-3D در شبیه سازی میزان دبی انحرافی در مقیاس آزمایشگاهی مقایسه شده است. برای مدل فیزیکی در یک فلوم آزمایشگاهی با دو نوع آبشکن T-شکل و L-شکل و با زاویه های 90 و 135 درجه برای انحراف دبی به کانال آبگیری شبیه سازی شد. سه متغیر مستقل شامل عدد فرود جریان، زاویه آبگیری و طول نسبی آبشکن ها برای مدل های یادگیری ماشین استفاده شدند. از 96 داده آزمایشگاهی، 70 درصد برای آموزش و 30 درصد برای آزمون مدل های یادگیری ماشین اختصاص یافت. سه شاخص RMSE، MAE و R² برای ارزیابی عملکرد مدل ها به کار گرفته شدند. نتایج تحقیق نشان داد که برنامه ریزی بیان ژن (GEP) نسبت به ماشین بردار پشتیبان (SVM) عملکرد بهتری دارد به طوری که در مرحله آموزش و آزمون، مقدار ضرایب ارزیابی عملکرد برای هر دو آبشکن T-شکل و L-شکل دارای برتری بودند. در نرم افزار FLOW-3D، ضریب زبری مانینگ و نوع معادله شبیه ساز آشفتگی در فرآیندهای واسنجی و صحت سنجی استفاده شدند. مقایسه بین مقادیر ارزیابی عملکرد نشان دهنده برتری نسبی GEP نسبت به FLOW-3D است.
کلید واژگان: دبی انحرافی، آبشکن، قوس رودخانه، مدل داده-مبنا، ارزیابی عملکردIntouduction:
Groynes at water intake locations significantly increase the flow diverted from rivers by optimizing incoming water control. Vaghefi and Ghodsian (2017) experimentally studied flow patterns around a T-shaped Groyne within a 90-degree arc using a moving bed. Shaker and Kashfipour (2013) compared flow velocity and shear stress distribution with and without Groynes. Behnam-Talab et al. (2018) simulated porous Groynes using FLOW-3D software. Shahinejad et al. (2022) applied a multi-objective algorithm to optimize T-shaped Groyne dimensions, achieving superior results, compared to previous designs. Zare and Honer (2016) investigated how simple Groynes reduce lateral erosion in river arches under laboratory conditions, emphasizing the influence of Groynes on erosion patterns. These studies collectively highlight the importance of Groyne design in enhancing water extraction and mitigating erosion.The review of literatures confirms that both laboratory and numerical studies have been conducted to examine the characteristics of various types of Groynes and the impact of flow patterns on them. However, there is a lack of studies addressing the simultaneous application and comparison of numerical and data-driven models in the investigation of geometric and hydraulic characteristics, particularly concerning the effect on the amount of diverted discharge from a canal into intake featuring T-shaped and L-shaped Groynes. Consequently, this research aims to evaluate the performance of two MLMs, specifically SVM and GEP in comparison with the Computational Fluid Dynamics (CFD)-based FLOW-3D model, on a laboratory scale.
Materials and MethodsGroynes play a crucial role in river engineering by regulating river flow. This study assesses the efficacy of two machine learning algorithms—support vector machine (SVM) and gene expression programming (GEP)—in comparison with FLOW-3D software for simulating diverted flow in a laboratory setting. The experimental model was tested in a laboratory flume with T-shaped and L-shaped Groynes positioned at 90 and 135-degree angles to channel the discharge into the intake system. The machine learning models incorporated three independent variables: the flow Froude number, the angle of water intake, and the relative length of the Groynes. Out of 96 laboratory data points, 70% were allocated for model training and 30% for model testing. Model performance was assessed using the root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and coefficient of determination (R²) indices.
Results and DiscussionThe results indicated that the GEP model surpassed the SVM model. For the L-shaped Groyne, the values for (R², MAE, RMSE) during both the training and testing phases were (0.9325, 0.9878, 1.2536) and (0.9836, 0.4102, 0.6325), respectively. For the T-shaped Groyne, the corresponding values were (0.9025, 1.2534, 1.8502) during training and (0.9873, 0.3337, 0.4972) during testing. In the FLOW-3D model, after calibration and validation, a Manning's roughness coefficient of 0.035 and the Prandtl's mixing length model were chosen for turbulence simulation. The performance indices during the testing phase for the L-shaped and T-shaped Groynes were (0.9607, 0.9363, 1.2070) and (0.9513, 1.1256, 1.3759), respectively. The GEP model showed a relative advantage over the FLOW-3D model.
Concutions:
This study compares the performance of MLMs (SVM, GEP) with FLOW-3D in simulating diverted flow using T-shaped and L-shaped Groynes. Results from laboratory flume tests showed GEP outperformed SVM and FLOW-3D, particularly in simulating flow diversion, evaluated by RMSE, MAE, and R² performance indices.
Keywords: Diverted Flow, Computational Fluid Dynamics, Data-Driven Model, Performance Assessment -
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال سوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار و تابستان 1403)، صص 55 -70بارش های شدید فصلی در مخازن سدها موجب پدیدار شدن سیل های عظیم و در پی آن تخریب سدها خواهد شد. یکی از راه های کنترل این بارش ها استفاده از سرریزهایی با طول موثر بیشتر، همانند سرریزهای کلیدپیانویی می باشد. در همین راستا در پژوهش حاضر با استفاده از نرم افزار Flow3D اقدام به شبیه سازی این سازه ها نمودیم. برای این کار از سه بافل مکعبی، دایره ای و پنج ضلعی که با آرایش خطی روی سرریز قرار گرفته بودند، استفاده شد. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با افزایش ارتفاع بافل ها اتلاف انرژی هم افزایش می یابد. بیشترین مقدار افت با افزایش yc/H، به ترتیب در بافل مکعبی، دایره ای و پنج ضلعی اتفاق افتاد. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد. به طور کلی بیشترین مقدار افت مربوط به بافل مکعبی به مقدار 65/0=ΔEr بود. با افزایش عدد وبر میزان افت انرژی هم کاهش پیدا می کند. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد.کلید واژگان: Flow3d، افت انرژی، سرریز پلکانی، عدد وبرThis test was done in the hydraulic laboratory of Khuzestan Water and Electricity Organization. The flume used had a rectangular cross-section with a length of 7 meters and a width of 0.6 meters. The walls of the flume were 10 mm thick and made of glass. In this experiment, 10 flow rates (from 10 to 50 liters per second) were used in free flow mode in the flume. Three piano keyboard overflows with different baffles were used. Baffles were circular, pentagonal and cubic. The overflows were made of transparent plexiglass with a thickness of 5 mm. The numerical model of Flow3D software was used to check the amount of energy consumption and compare the baffles. The highest energy loss with increasing yc/H occurred in cubic, circular and pentagonal baffles, respectively. The highest energy loss with increasing yc/H is in cubic, circular and pentagonal baffles, respectively. The energy loss in cubic, circular and pentagonal baffles was 0.65, 0.62 and 0.61, respectively. Therefore, the best result happened in the cubic baffle. By changing the height of the baffles, it was observed that the highest energy loss was measured at a height of 2 cm and the lowest value was measured at a height of 1 cm. It is recommended to use cubic baffles for more energy loss in piano key overflows. The best shape and dimensions of the baffle for this work are cubic and 2 * 2 cm.Keywords: Flow3d, Energy Loss, Stair Weirs, Weber Number
-
مقدمه
برای تخلیه آب اضافی، همچنین تخلیه سیلاب های بزرگ و جلوگیری از خسارات ناشی از سیل در سدها انواع مختلف سرریزها ساخته می شود. عبور جریان از روی سرریزها با اتلاف انرژی همراه است، با این حال مقداری انرژی مستهلک نشده باقی می ماند که موجب فرسایش بستر و ایجاد حفره در پایین دست می شود. از جمله سازه های هیدرولیکی که مورد توجه خاص مهندسان طراح قرار گرفته است، سرریزهای اوجی است. سرریزهای اوجی اولین بار در سدهای بتنی و سپس در سدهای خاکی توسعه یافته اند. این سرریزها در واقع نمونه ای ساده ای از آبراهه با ضریب زبری بالاست، با توجه به استهلاک کم انرژی در طول آن، در پنجه سد نیاز به استفاده از سازه های مستهلک کننده انرژی است. طی جریانی که از روی بدنه سرریز اوجی ریزش می کند، در محل پاشنه سازه، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود. توجه به اینکه پایین دست حوضچه های آرامش همواره در معرض آبشستگی قرار دارند لزوم بررسی روش های حفاظتی بستر پایین دست حوضچه اهمیت خاصی خواهد داشت. محققان و دانشمندان در دهه های گذشته به مطالعه پارامترهای موثر بر آبشستگی پایین دست حوضچه ها پرداختند. در این تحقیقات مکانیزم وقوع آبشستگی، اثر هندسی سازه و خصوصیات ذرات رسوبی بر ابعاد آبشستگی بررسی شده است. در تحقیق حاضر سعی شد درک بهتری از تاثیر دریچه نصب شده بر روی سرریز اوجی و آبشستگی در پایاب سرریز حاصل شود، در همین راستا مدلی از سرریز اوجی ساخته شد و آزمایشاتی طراحی و اجرا شد.
مواد و روش هادرتحقیق حاضرجهت بررسی تاثیر ابعاد دریچه نصب شده بر روی تاج سرریز اوجی و آبشستگی پایاب سرریز، آزمایشاتی طراحی شد. به منظور انجام آزمایشات از فلوم سازمان آب و برق خوزستان، از جنس فلز و با دیواره ای از جنس پلاکسی گلاس و کف فلزی به طول 7 متر و عرض 60 سانتی متر و ارتفاع 50 سانتی متر استفاده شده است، بطوریکه 45 آزمایش بر روی تاثیر عوامل هندسی دریچه و دبی جریان بر میزان آبشستگی در پایین دست سرریز اوجی صورت گرفت. همچنین مقدار دبی با استفاده از سرریز مثلثی کالیبره شده و مانومتری که در انتهای فلوم نصب شده، اندازه گیری شد. به منظور قرائت ارتفاع سطح آب در قسمت های مورد نیاز از عمق یاب مستقر روی فلوم استفاده شد. برای آزمایشات ابتدا مدل آماده و نصب شد. سپس با باز کردن دریچه به دبی مشخص به مدت 40 دقیقه صبر نموده تا شرایط جریان به حالت پایدار برسد، در ادامه مقدار ابعاد عرض و طول آبشستگی برداشت شده است. همچنین به منظور دستیابی به اهداف مد نظر در این پژوهش حاضر، ابتدا اقدام به معرفی پارامترهای حاکم بر هیدرولیک جریان سرریز اوجی شد و سپس پارامترهای حاکم موثر در این پژوهش با استفاده از روش π (باکینگهام) ارائه شد.
نتایج و بحث:
بررسی نتایج تاثیر H/b بر Ds/Ls در شرایطی که عرض دریچه ثابت است نشان می دهد که با افزایش مقدار بازشدگی، مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls کاهش می یابد به نحوی که با کاهش 500 درصدی بازشدگی دریچه به مقدار %55، نسبت Ds/Ls کاهش داشته است، در واقع می توان گفت که با افزایش 1 درصدی بازشدگی دریچه میزان آبشستگی 11/0 درصد کاهش می یابد. همچنین می توان نتیجه گرفت که افزایش بازشدگی دریچه موجب افزایش بیشتر آبشستگی در طول می شود و در عمق اثر کمتری از خود نشان می دهد. همچنین بررسی تاثیر H/b بر Ds/Ls در شرایطی که بازشدگی دریچه ثابت است نشان می دهد که با افزایش عرض دریچه مقدار عدد بدون بعد Ds/Ls کاهش می یابد به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به مقدار % 60 ،نسبت Ds/Ls کاهش می یابد همچنین تاثیر H/b بر عمق آبشستگی (Ds) نشان می دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان عمق چاله آبشستگی افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه، به میزان %24 عمق آبشستگی افزایش می یابد. همچنین بررسی تاثیر H/b بر عمق آبشستگی (L) نشان می دهد که با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به میزان %82 طول آبشستگی افزایش می یابد. نتایج نشان داد که افزایش بیشتر بازشدگی دریچه موجب افزایش آبشستگی در طول می شود و با افزایش دبی جریان نیز میزان Ds/Ls کاهش می یابد، به نحوی که با کاهش 50 درصدی دبی جریان به میزان 15٪ نسبت Ds/Ls افزایش می یابد.
نتیجه گیرییکی از سازه های که در انتقال آب از اهمیت بالایی برخوردار است سرریزهای اوجی است که در بسیاری از شبکه های انتقال آب مورد استفاده قرار می گیرد. آبشستگی در پایین دست این سازه ها سبب شد تا محققین این پژوهش به بررسی تاثیر ابعاد و میزان بازشدگی دریچه های نصب شده بر روی سرریز اوجی و میزان آبشستگی در پایین دست این سازه بپردازند. به عبارت دیگرآبشستگی یکی از معضلات در سازه های آبی است که سبب ویران شدن این سازه ها و در بهترین شرایط سبب ایجاد افزایش رسوبات معلق در جریان رودخانه می شود. در این تحقیق به بررسی سرریز اوجی پرداخته شد و تاثیر این سازه بر مقدار آبشستگی در پایین دست مطالعه شد. با بررسی جامع مطالعات پیشین و انجام آنالیز ابعادی، پارامترهای بدون بعد موثر بر پدیده آبشستگی شناسایی و آزمایش ها بر مبنای آن ها طرح ریزی شد. نتایج نشان می دهد که افزایش بازشدگی دریچه می تواند تا 55 درصد میزان عمق آبشستگی را افزایش دهد. همچنین عرض دریچه هر چه بیشتر شود میزان عمق آبشستگی را کاهش می دهد به نحوی که با کاهش یک درصدی میزان آبشستگی، باید 5/6 درصد عرض دریچه را افزایش داد. همچنین با افزایش مقدار عرض دریچه میزان طول آبشستگی هم افزایش می یابد، به نحوی که با افزایش 400 درصدی عرض دریچه به میزان %82 طول آبشستگی افزایش می یابد. و با افزایش دبی جریان میزان Ds/Ls هم کاهش می یابد و با افزایش هر یک درصد از دبی جریان میزان Ds/Ls ،3/0 درصد کاهش می یابد. همچنین افزایش عرض دریچه باعث رسوب گذاری بیشتر در طول و تاثیر کمتری در عمق می شود.
کلید واژگان: : آبشستگی، سرریز اوجی، دریچه، پرش هیدرولیکیIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 64, 2024, PP 114 -121IntroductionSpillways are constructed in a variety of types to discharge excess water and major flood streams to avoid damage to dams. Flowing over spillways dissipates energy; however, the non-dissipated portion of energy leads to bed erosion and holes downstream. Ogee spillways are hydraulic structures that have been of interest to researchers. They were developed first in concrete dams and then in embankment dams. These spillways are actually simple examples of a high roughness coefficient channel, considering the low energy dissipation along its length, in the toe of the dam there is no need to use energy dissipating structures. During the flow passing over the crest of the spillway structure, potential energy is converted to kinetic energy at the toe of the structure.Scouring occurs downstream of the stilling basin, and it is important to evaluate techniques to protect the downstream bed. Scholars have studied parameters influencing scouring downstream of stilling basins in recent decades. They analyzed the scouring mechanism and the effects of the structure shape and sediment particle parameters on the scour size. This study aims to obtain deeper insights into the effects of a gate used over the ogee spillway and scouring in the tailrace wall. Thus, an ogee spillway model was developed, and experiments were designed to test the system.
Materials and MethodsExperiments were designed to evaluate the effects of the gate size in the ogee spillway crest and tailrace scour. A plexiglass-walled flume with a metal bottom from Khuzestan Water and Power Organization was used. It had a length of 7 m, a width of 60 cm, and a height of 50 cm, and a total of 45 tests were performed to evaluate the effects of the gate shape and discharge rate on scouring downstream of the ogee spillway. The flow rate was also measured using a calibrated triangular weir and a manometer installed at the end of the flume. A depth gauge was used to read the water level in the required sections, mounted on the flume. A butterfly valve was used to adjust the input flow rate. Additionally, a triangular weir and a manometer were used to measure the flow rate. The flow rate was also measured using a calibrated triangular weir and a manometer installed at the end of the flume. A depth gauge was used to read the water level in the required sections, mounted on the flume. The model was prepared, and the gate was opened until the flow became steady in 40 min. Then, the scour width and length were measured. Furthermore, in order to achieve the goals of this research, the governing parameters of the hydraulic flow of the weir were first introduced, and then the effective governing parameters in this study were presented using the π (Buckingham) method.
Results and DiscussionFor a given gate width, an increase in the gate opening reduced the Ds/Ls ratio; the Ds/Ls ratio reduced by 55% when the gate opening decreased by 500%. In fact, it can be said that with a 1% increase in valve opening, sedimentation decreases by 11.0%. As well, it can be concluded that increasing the valve opening leads to further sedimentation along the length and has less effect at depth. For a given gate opening, an increase in the gate width reduced the Ds/Ls ratio; a 400% increase in the gate width reduced the Ds/Ls ratio by 60%. Furthermore, the effect of H/b on the scour depth (Ds) was studied, and the scour depth increased as the gate width increased; a 400% increase in the gate width led to a 24% increase in the scour depth. The effect of H/b on the scour length (L) was evaluated, and a 400% increase in the gate width increased the scour length by 82%. It can be inferred that a further increase in the gate opening would increase the scour length, while an increase in the discharge reduced the Ds/Ls ratio; the Ds/Ls ratio increased by 15% when the discharge decreased by 50%.
ConclusionOne of the structures that is of great importance in water conveyance is the ogee spillways, which are used in many water conveyance networks. Scouring at the downstream of these structures has led researchers in this study to investigate the effect of dimensions and gate opening levels on the ogee spillway and the amount of sedimentation downstream of this structure. In other words, scouring is one of the problems in water structures that can lead to their destruction and, under the best conditions, can cause an increase in suspended sediments in river flow.This study evaluated the contributions of ogee spillways to scour reduction downstream. By comprehensively reviewing previous studies and conducting dimensional analysis, the dimensionless parameters affecting scouring were identified, and experiments were planned based on them. The results indicated that the scour depth could increase by 55% as the gate opening increased. Moreover, an increase in the gate width decreased the scour depth; a 6.5% increase in the gate width would lead to a 1% in the scour depth. A 400% increase in the gate width increased the scour depth by 82%. Moreover, A 1% rise in the discharge reduced the Ds/Ls ratio by 0.3%. Also, Increasing the width of the valve causes more sedimentation along the length and has less of an effect in depth.
Keywords: : Scour, Ogee Spillway, Gate, Hydraulic Jump -
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، پاییز و زمستان 1402)، صص 23 -32تاسیسات آبرسانی دارخوین از سال 1348 با هدف آبرسانی به بندر امام خمینی (ره) و صنایع پتروشیمی ماهشهر به بهره برداری رسید که پس از تامین آب مورد نیاز صنایع از طریق ایستگاه پمپاژ کوت امیر اهواز بطور انحصاری تامین کننده آب شرب شهرستان شادگان و روستاهای تابعه گردید. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار Water Gems مدل سازی الگوی جریان در خط انتقال آب دارخوین صورت گرفت و به تغییر قطر لوله ها و پمپاژ و تاثیر آن بر فشار، سرعت و تلفات پرداخته شد. نتایج نشان داد با کاهش 3/33 درصدی قطر لوله ها تلفات فشار در تمامی مسیر زیر 3 متر می باشد. تلفات فشار پایین به دلیل سرعت نرمال می باشد. همچنین کاهش 3/33 درصدی قطر لوله ها و کاهش قطر پروانه پمپ ها از 500 به 460 میلیمتر باعث کاهش چشمگیر فشار شده است. به طور متوسط فشار در سناریو 1 برابر 75 متر و در سناریو 2 الی 6 به ترتیب برابر با 72، 65، 60، 55 و 40 متر می باشد که شاهد کاهش3/3، 4/12، 7/19، 7/25 و 2/46 درصدی فشار در کل مسیر می باشیم.کلید واژگان: کاهش قطرلوله، سرعت جریان، افت فشار، Water Gems، تاسیسات دارخوینThe Darkhovein Water System was commissioned in 1969 for supplying water to the port of Bandar-e Imam Knomeini and the Mahshahr Petrochemical Complex via the Kut-e Amir Pumping Station in Ahvaz. In addition, it has been the sole source of drinking water for Shadegan County, including villages. In this research, using the Water Gems software, the flow pattern in the Darkhoin water transition line was modeled and the change in the diameter of the pipes and pumping and its effect on the pressure, velocity and losses were investigated. Based on the results, a 33.3% decrease in the pipe diameter resulted in pressure losses of less than 3 m throughout the pipeline. This low pressure drop was due to the normal flow velocity. Furthermore, a reduction in the pump propeller diameter from 500 mm to 460 mm in addition to the mentioned decrease in the pipe diameter led to a significant reduction in pressure. Moreover, the average pressure in Scenario 1 was found to be 75 m, while those in Scenarios 2-6 were 72 m, 65 m, 60 m, 55 m, and 40 m, respectively, indicating pressure drops of 3.3 m, 12.4 m, 19.7 m, 25.7 m, and 46.2 m, respectively, across the pipeline.Keywords: Pipe diameter reduction, Flow Velocity, Pressure drop, WaterGEMS, Darkhovein Water System
-
In the present study, a three-dimensional hydraulic flow simulation was carried out on Labyrinth weirs using Flow3D software and the modeling results were compared with the experimental results to Investigate the discharge coefficient of trapezoidal arced labyrinth weirs. Moreover, these models were tested under laboratory conditions in a rectangular flume with a length of 12m, a width of 0.6m, and a height of 0.6m in clear water conditions. The results indicated that the numerical solution data showed adequate conformity with the experimental model data. In general, the discharge coefficients in the results of the numerical solution were lower than the experimental model. The difference between the discharge coefficients in the numerical solution and the experimental model increased with an increase in the arc radius. As a result, with the R/w1=5 and R/w1=15 radius ratios, the discharge coefficients of the numerical solution were approximately 1.2% and 18.9% lower than the experimental model, respectively.Keywords: Numerical Solution, Flow3D, Discharge coefficient, Trapezoidal Arced Labyrinth weir
-
Providing clean and suitable water for drinking, farming and living organisms in the ecosystem is essential. Therefore, qualitative assessment of water resources using qualitative indicators as one of the most suitable methods for managing water areas and having a regular program for water quality protection is essential. In this research, the quality of water from Shahid Bavi and Samen Al-Aeme Stations on the Behmanshir River and Dreifam Station on the Arvand River have been used by the National Institutes of Health (NSFWQI) index and using nine qualitative parameters such as turbidity, temperature, fecal coliform, phosphate, nitrate, PH, DO, TS and BOD. In the present study, due to the ease of calculation, the Water Quality Calculator software was used to calculate the NSFWQI index. After collecting data and performing the NSFWQI index analysis, the results of this study showed that during the summer and winter seasons in Shahid Bavi and Samen Al-Aeme stations on the Behmanshir River and Dreifam Station on Arvand River, the NSFWQI index for all months and mentioned stations were in the range of 25-50, which according to the standard classification table, this range of the NSFWQI index, indicates the weak quality of water in these rivers. Also, the EC index for all months and above stations was above the 2250, which indicates the bad status of the EC in these rivers.Keywords: Fecal coliform, NSFWQI index, TS, BOD, Turbidity, water quality
-
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال دوم شماره 1 (پیاپی 3، بهار و تابستان 1402)، صص 33 -45
در برخی رودخانه_ها سازه_هایی در مسیر حرکت آب ساخته می_شوند که باعث ایجاد گردابه های نوسانی در پایین دست این سازه_ها می گردند. گردابه های ایجاد شده نیروهای نوسانی به این سازه_ها وارد کرده و پایداری آنها را دچار مشکل می نمایند. در همین راستا در این تحقیق با استفاده از شبیه سازی عددی با نرم افزار SolidWorks به بررسی شکل و ابعاد موانع بر میزان نیروی وارده از طرف گردابه بر سازه_های آبی پرداخته شد. نتایج نشان داد که هر چه ابعاد مانع کوچک تر می شود مقدار گردابه ایجاد شده کمتر می گردد، بیشترین میزان 2/5= St در 50000 =Re و برای مانع با قطر 09/0 صورت می گیرد. همچنین مانع مثلثی باعث ایجاد بیشترین گردابه در پایین دست خود شد و بیشترین مقدار عدد استروهال 8/7 =St در 4/0= V در مانعی با قطر 05/0 =D رخ داد. همچنین در مانع مربعی بیشترین مقدار گردابه در 05/0= D به قوع پیوست.
کلید واژگان: عدد استروهال، عدد رینولدز، مانع، مدل فیزیکی، نوسانNumerical Study on Vortices in Collision of Flow with Circular, Square, Triangular, and Pentagonal Barriers of Different DiametersStructures constructed on rivers induce downstream oscillating vortices. These vortices apply oscillating loads on the structure and harm its stability. This paper carried out numerical simulations in SOLIDWORKS to explore the effects of the barrier shape and size on the load applied by the vortex on structures constructed in water streams. It was found that a reduction in the barrier size diminished the vortices. The highest Strouhal number was calculated to be 5.2 at a Reynolds number of 5000 and a barrier diameter of 0.09. The maximum downstream vortices were induced by the triangular barrier, and the maximum Strouhal number occurred to be 7.8 at a velocity of 0.4 and a barrier diameter of 0.05. The maximum vortices induced by the square barrier occurred at a barrier diameter of 0.05. Keywords: Strouhal number, Reynolds number, Barrier, Physical model, Oscillation
Keywords: Strouhal number, Reynolds Number, barrier, Physical Model, oscillation -
در این تحقیق به شبیه سازی استفاده از طوقه های مشبک با اشکال مختلف بر روی پایه های پل با استفاده از نرم افزار Flow-3D پرداخته شد. نتایج نشان داد با نصب طوقه مشبک بر روی پایه پل میزان آبشستگی کاهش یافته و با تغییر شکل طوقه ها از مثلث به مستطیل، میزان آبشستگی کاهش بیشتری داشته است. با نصب طوقه مشبک با قطر روزنه (d/D) 1/ 0 طوقه های مثلثی، دایره ای، مربعی و مستطیلی به ترتیب 5/ 49 ، 2/ 52، 7/ 52 و 5/ 56 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه مشبک با قطر روزنه (d/D) 15/ 0 طوقه های مثلثی، دایره ای، مربعی و مستطیلی به ترتیب 1/ 46، 3/ 43 ، 2/ 44 و 3/ 49 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه مشبک با قطر روزنه (d/D) 2/ 0 طوقه های مثلثی، دایره ای، مربعی و مستطیلی به ترتیب 9/ 15 ، 8/ 24 ، 4/ 26 و 5/ 26درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با افزایش قطر روزنه طوقه های مشبک، میزان آبشستگی افزایش یافت بطوریکه با افزایش قطر روزنه طوقه (d/D) از 1/ 0 به 2/ 0 به طور متوسط 1/ 44 درصد افزایش آبشستگی را شاهد هستیم.کلید واژگان: پایه پل، طوقه مشبک، Flow-3D، طوقه مثلثی، طوقه مستطیلی، طوقه مربعی، طوقه دایره ایIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:17 Issue: 60, 2023, PP 20 -30The present study used Flow-3D to investigate the effect of installing netted collars with different shapes on bridge piers. The results showed that installing netted triangular, circular, square, and rectangular collars with a hole diameter of 0.1 (d/D) reduced scouring by 49.5, 52.2, 52.7, and 56.5 percent, respectively, compared to the case with no collars. A hole diameter of 0.15 (d/D) for the same shapes resulted in reductions of 46.1, 43.3, 44.2, and 49.3 percent compared to the case with no collars, respectively, and the reductions for a hole diameter of 0.2 (d/D) were 15.9, 24.8, 26.4, and 26.5%, respectively. Moreover, increasing the collar hole diameter (d/D) intensified scouring, such that an increase in diameter from 0.1 to 0.2 increased scouring by an average of 44.1 percent.Keywords: Bridge pier, netted collar, flow-3D, triangular collar, circular collar, square collar, rectangular collar
-
در این تحقیق آزمایش ها جهت تعیین دبی ورودی به آبگیر در قوس 90 درجه همگرا با هدف بررسی تاثیر خصوصیات جریان بر نسبت دبی انحرافی در شرایط با صفحه و بدون صفحه مستغرق انجام گرفت. متغیرهای موثر در این تحقیق عدد فرود، همگرایی و زاویه صفحات بود. جهت انجام این تحقیق از یک کانال مستطیلی با قوس 90 درجه استفاده شد که با استفاده از چهار دبی مختلف، چهار زاویه متفاوت صفحات مستغرق و چهار درجه همگرایی انتهای کانال به بررسی متغیرها پرداخته شد. نتایج نشان داد با همگرا کردن کانال آزمایشگاهی دبی انحرافی به آبگیر افزایش پیدا کرده است. هر چه انتهای کانال همگراتر شود باعث افزایش بیشتر دبی انحرافی می شود، به طوریکه با همگرا کردن کانال (b/B) از صفر به 0/75 دبی انحرافی به آبگیر به طور متوسط از 64/9 به 81/4 درصد رسیده است که نشان دهنده افزایش 16/5درصدی دبی انحرافی به آبگیر می باشد. با نصب صفحات مستغرق دبی انحرافی به آبگیر کاهش پیدا کرده است. هر چه زاویه صفحات مستغرق کمتر شد، دبی انحرافی نیز کاهش پیدا کرد، به طوریکه با نصب صفحات مستغرق با زاویه 25، 30، 45 و 60 درجه دبی انحرافی به آبگیر به طور متوسط به ترتیب نسبت به مدل بدون صفحه مستغرق 14/9، 9/9، 6/8 و 2/3 درصد کاهش داشته است. همچنین با افزایش عدد فرود از 0/14 به0/23 دبی انحرافی به آبگیر به طور متوسط 5/3 درصد کاهش داشته است.
کلید واژگان: آبگیر، دبی انحرافی، صفحه مستغرق، قوس رودخانه، همگراییIn this study, experiments are carried out to determine the deviation flow into the intake in a 90º convergent bend, aiming to investigate the effect of flow characteristics on deviation flow with and without submerged vanes. The effective variables include Froude number, convergence, and submerged vanes’ angle. For this research, a Rectangular channel with a 90º arc was used, which was studied using four different discharges, four different angles of submerged vanes and four degrees of convergence of the end of the channel. According to the results, the deviation flow to the intake increases by converging the laboratory flume. As the end of the flume is converged, the deviation flow is further increased. As the flume is converged (b/B) from 0 to 0.75, the deviation flow is increased from 64.9 to 81.4%, showing a 16.5% increase. Deviation flow is decreased by installing submerged vanes. A decrease in submerged vanes’ angle reduces the deviation flow. Compared to the model without a submerged vane, deviation flow is decreased by 14.9, 9.9, 6.8, and 2.3% by installing submerged vanes at angles of 25, 30, 45 and 60º, respectively. Deviation flow is also decreased by increasing the Froude number, such that it decreases by 5.3% with the increase of Froude number from 0.14 to 0.23.
Keywords: Intake, deviation flow, Submerged vane, River bend, Convergence -
سیلاب شدید سال 1398 رودخانه کرخه از یک سو و تغییرات مرفولوژی و شرایط بستر رودخانه طی سالیان بعد از آغاز بهره برداری از سوی دیگر این هشدار را به کارشناسان می دهد تا بار دیگر با بررسی دوباره پایداری سد انحرافی کرخه (حمیدیه) از سلامت سد مطمین شوند. استفاده از مدل های ریاضی به خاطر دقت بالا و در عین حال سادگی و دستیابی سریع به نتایج و آنالیز داده ها می تواند جایگزین روش های تجربی گردد. در این تحقیق سعی بر آن شده تا با کمک نرم افزار های HEC-RAS و SAP به مطالعه پایداری سد انحرافی کرخه تحت تاثیر تغییرات مورفولوژی بالادست آن پرداخته شود. نتایج نشان می دهد که سازه سد تنظیمی- انحرافی حمیدیه با توجه به بارگذاری و مدلسازی صورت گرفته در حال حاضر پایدار بوده و از ضرایب پایداری مناسبی برخوردار می باشد. نتایج نشان می دهد که ضرایب اطمینان کنترل پایداری در مقابل لغزش سازه پایه میانی سد حمیدیه تحت بارگذاری های Normalو Special به ترتیب برابر با 51/1 و 93/6 است. با توجه به عمر بالای سد حمیدیه و مشاهده آثار فرسودگی و تخریب در سازه های هیدرولیکی آن، انجام مطالعه جهت علاج بخشی و ترمیم این سد پیشنهاد می گردد. نتایج نشان می دهد که تنش های وارده در پایین دست بدنه سرریز سد حمیدیه، مقداری از محدوده مجاز فراتر رفته است.
کلید واژگان: پایداری سد، سد انحرافی، مدل ریاضی SAP، مدل ریاضی HEC-RAS، سیلابThe devastating flood of Karkheh River in 2019 besides changes of morphology and conditions of the river bed after operation of the dam warn the experts to double check stability of Karkheh (Hamidieh) Diversion Dam to assure that the dam is in good conditions. Great accuracy and simplicity of mathematical models, besides the easy access they provide to the results and data analyses, makes them a suitable alternative for the empirical methods. The present study is an attempt to use HES-RAS and SAP software to analyze the effect of upstream morphological changes on stability of Karkheh Diversion Dam. The results suggest that structure of Hamidieh Regulatory-Diversion Dam is conveniently stable and the models are indicative of proper stability factors. According to the results, safety factors of the stability of Hamidieh Dam against sliding of the middle pier under normal and special loads are 1.51 and 6.93 respectively. Considering the age of Hamidieh Dam and wears and damages observed on its hydraulic structures, further studies on curing and repair of this dam are recommended. The results suggest that stresses applied to the lower parts of the weir are slightly larger than the allowable rang.
Keywords: Stability of the Diversion Dam, SAP, HEC-RAS, Flood -
یکی از روش های کنترل پرش هیدرولیکی در پایین دست سازه های هیدرولیکی و تامین عمق پایاب مناسب، استفاده از حوضچه آرامش با واگرایی ناگهانی است. مطالعات گذشته نشان داده است که دراین حوضچه ها طول پرش و در نتیجه طول حوضچه نسبت به حوضچه کلاسیک افزایش دارد. از سوی دیگر زبرکردن بستر از جمله تمهیداتی است که می تواند به منظور کاهش طول حوضچه مورد استفاده قرار گیرد. حال این سوال مطرح خواهد بود که میزان تاثیر زبر کردن بستر چقدر می باشد. لذا در این مطالعه تاثیر حضور زبری بر طول پرش در حوضچه های واگرای ناگهانی بررسی شده است. برای این منظور آزمایشات در فلومی با طول 12 متر و عرض و ارتفاع 0/8 و 0/7 متر با واگرایی متقارن با نسبت بازشدگی 0/33 در محدوده اعداد فرود 2 تا 10 انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که زبری ها افزایش 31 درصدی طول پرش حاصل از واگرایی ناگهانی نسبت به پرش کلاسیک، را به میزان 12درصد نسبت کاهش داده است و از نظر طول حوضچه مشابه حوضچه USBR- ΙI می باشد. همچنین زبری ها باعث کاهش طول غلتاب به میزان 20 درصد نسبت به پرش در مقطع ناگهانی ولی بستر صاف خواهد شد.
کلید واژگان: جهش آبی، واگرائی ناگهانی، طول پرش، حوضچه آرامش، زبریOne of the measures to control the hydraulic jump at the downstream of hydraulic structures and to provide required sequent depth is to use a stilling basin with sudden contraction. Previous studies have shown that in this basin the jump length increases compare to the classical jump. On the other hand, it has been shown that roughening the bed is a measure that can be used to decrease the jump length. Therefore, it can bring a question that by roughening the bed of sudden contraction stilling basin how much can decrease the jump length? Therefore, in this study the effect of roughness on jump length at the mentioned stilling basin has been investigated. The tests have performed in a flume of 12-meter-long, 0.8-meter-wide and 0.7-meter height. The contraction ratio was 0.33 and the Froude number ranged between 2 to 10. The results have shown that the roughness can decrease the jump length up to 31% compare to the classic jump and can decrease up to 12% compare to the smooth bed of sudden contraction stilling basin. The jump length is equal to the USBR type II. It was found that the roughness can decrease the roller jump up to 20 percent compare to the sudden contraction of smooth bed.
Keywords: Hydraulic jump, sudden contraction, Jump length, Stilling basin, Roughness -
فصلنامه مهندسی منابع آب، پیاپی 51 (زمستان 1400)، صص 129 -146
مسئله آبشستگی یکی از مهمترین مسایل در بحث مهندسی رودخانه می باشد. سالانه تعداد بسیار زیادی از پل ها در سراسر جهان تخریب می شوند که عمدتا به دلیل عدم در نظر نگرفتن نقش هیدرولیکی در طراحی آنها می باشد. از جمله روش های کنترل و کاهش آبشستگی موضعی می توان از استفاده از زبری ها، طوق، صفحات مستغرق و شمع های حفاظتی نام برد. در پژوهش حاضر به بررسی تاثیر شمع های حفاظتی در کنترل و کاهش آبشستگی در اطراف پایه ی دوکی پرداخته شده است. نتیجه های پژوهش آزمایش ها نشان دادند با نصب 5 شمع با زاویه ی 30 درجه و با فاصله نسبی 5/0 (L/D)، شاهد 20 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه ی دوکی بدون شمع می باشد. این کاهش آبشستگی به دلیل منتقل شدن رسوبات اطراف شمع به سمت پایه ی و جمع شدن رسوبات در وسط شمع ها و جلوی پایه ی دوکی می باشد. دلیل دیگر، تغییر رژیم جریان و کاهش سرعت و گردابه در جلوی پایه ی دوکی می باشد که این نیز به نوبه خود باعث کاهش آبشستگی شده است. همچنین افزایش سرعت نسبی (V/Vc) (سرعت جریان به سرعت بحرانی) از 54/0 به 95/0 به طور متوسط باعث افزایش آبشستگی به میزان 4/165 درصد شده است.
کلید واژگان: پایه ی پل، دوکی، شمع، آبشستگیWater Engineering, Volume:14 Issue: 51, 2022, PP 129 -146Scour is among the most critical topics in river engineering. A large number of bridges around the world are destructed mainly due to ignoring the hydraulic function in the design of bridges. The use of roughness, collars, submerged plates, and protective piles are among the methods for controlling and reducing local scouring. This study investigated the effect of protective piles in controlling and reducing scouring around spindle-shaped piers. According to the experimental results, by installing 5 piles at an angle of 30˚ with a relative distance (L/D) of 0.5, scouring decreased by 20% relative to the pile-less spindle-shaped pier. This scour reduction can be attributed to the transport of sediments around the pile toward the pier and accumulation of sediments in the middle of piles and in front of the spindle-shaped pier. The other factor reducing local scour is the change in the flow regime and reduced velocity and vortices in front of the spindle-shaped pier. Moreover, as the relative velocity (V/Vc, the ratio of the flow velocity to the critical velocity) increased from 0.54 to 0.95, scouring increased by 165.4% on average. The water flow colliding the spindle-shaped pier and the formation of a downward flow cause scouring. An increase in the flow velocity also increases the vertical velocity and vortices and thereby scouring. The mathematical model simulated by Flow-3D is consistent with the physical model showing an acceptable error rate of 4.3%.
Keywords: Spindle-shaped bridge base, pile, Scour -
افزایش ظرفیت هیدرولیکی انتقال جریان از روی سرریز به ازای ارتفاع سطح آب معین در بالادست سرریز، از طریق افزایش طول موثر تاج سرریز در واحد عرض مقطع جریان میسر است. در پژوهش حاضر به منظور بررسی هیدرولیک جریان و مقایسه دبی عبوری، شبیه سازی سه بعدی میدان جریان بر روی سرریزهای زیگزاگی قوسی (تک سیکل و دو سیکل) در محدوده نسبت بار هیدرولیکی (74/0- 05/0) به کمک نرم افزار Flow3D از طریق تحلیل آماری و مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی عددی با داده های آزمایشگاهی انجام شد. سرریزهای مورداستفاده در این پژوهش، تعداد سه عدد (تک سیکل) با ارتفاع های 10، 12 و cm 15 و سه عدد (دو سیکل) با ارتفاع های 5، 6 و cm 5/7 در یک فلوم مستطیلی به طول 4/8، عرض 3/0 و ارتفاع m 45/0 مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که داده های مدل عددی هماهنگی مناسبی با داده های مدل آزمایشگاهی داشتند. طبق نتایج، با افزایش 50% ارتفاع سرریز، ضریب دبی حدود 5/25% افزایش نشان داد. همچنین ضریب دبی در سرریز زیگزاگی قوسی تک سیکل در نسبت های ارتفاع هیدرولیکی کوچک تر از 4/0 بیش تر از سرریز زیگزاگی قوسی دو سیکل بوده و این مقدار در ارتفاع های هیدرولیکی بالاتر، تقریبا مساوی به دست آمد.کلید واژگان: سرریز زیگزاگی قوسی، ضریب دبی، مدل عددی Flow3DAn increase in the hydraulic capacity of flow conveyance over a weir per a given stage of a stream upstream of the weir is feasible by extending the effective length of the crest of the weir per unit width of flow section. In this work, in order to study the hydraulics of the flow and compare the values of the passing discharge, a 3-D simulation of the flow field on arced labyrinth weirs (single-cycle and double-cycle) was carried out in Flow3D software at the hydraulic loading rate of 0.05 to 0.74 by statistical analysis and the comparison of results obtained from numerical modeling of experimental data. Weirs utilized in this study were three single-cycle weirs (10, 12, and 15 cm in height) and three double-cycle weirs (5, 6, and 7.5 cm in height) examined in a rectangular flume having 8.4, 0.3, and 0.45 m length, width, and height, respectively. The results showed that the data of the numerical model were well conformed to the data of the experimental model. According to the results, a 50% increase in the weir's height will raise the discharge coefficient by 25.5%. Furthermore, the discharge coefficient in a single-cycle arced labyrinth weir at hydraulic loading rates less than 0.4 was higher than the discharge coefficient in a double-cycle arced labyrinth weir. Moreover, the corresponding values were nearly equal at higher hydraulic loading rates.Keywords: Arced Labyrinth Weir, Discharge coefficient, Numerical Model, Flow3D
-
در این مطالعه به منظور بررسی توام کابل و طوقه در کنترل آبشستگی در اطراف پایه های پل، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی از جنس پلاکسی گلاس در مسیر مستقیم انجام گرفت. آزمایش ها با استفاده از سه قطر مختلف کابل، سه زاویه مختلف و سه دور ردیف کابل در یک شدت جریان ثابت در حالت آب زلال انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد نصب کابل با قطر نسبی 1 /0 نسبت به قطر های دیگر کابل بیش ترین درصد کاهش در عمق آبشستگی در کلیه پایه ها را ایجاد می کند. بیش ترین درصد کاهش عمق آبشستگی در پایه استوانه ای در شرایط استفاده از کابل و بدون طوقه در قطر نسبی 1 /0 و در شرایط سه ردیفه و در زاویه 15 درجه حدود 43 درصد مشاهده می شود. همچنین در کلیه شرایط استفاده توام از کابل و طوقه در مقایسه با حالت بدون طوقه، باعث افزایش درصد کاهش عمق آبشستگی در اطراف پایه استوانه ای می شود. بطوریکه استفاده از طوقه بطور متوسط باعث کاهش عمق آبشستگی در حدود 43 درصد نسبت به حالت بدون طوقه می شود. همچنین بیش ترین عمق آبشستگی در شرایط توام کابل و طوقه در زاویه پیچش 15 درجه، قطر نسبی کابل 1 /0 و سه ردیفه، حدود 63 درصد بدست آمد.
کلید واژگان: طوقه، کابل، عمق آبشستگی، رسوباتIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:14 Issue: 49, 2020, PP 40 -49In this study, in order to examine the joint of the cable and the collar in control of scour around the bridge piles, experiments were carried out in a rectangular plexiglass flume as a direct path. The experiments were carried out using three different cable diameters, three different thread angles and three rounds of the cable threaded at a steady current in clear water. The results of this study showed that, installing a cable and collar around the base of the cylinder is an effective factor in reducing the depth of scouring around it. Also, in all conditions of use of cable and collar, compared with the without collar mode, it increases the percentage of reducing scour depth around the cylindrical base. The use of collar on average reduces scour depth by about 43 percent compared to without collar condition. Also, the maximum scour depth in cable and collar conditions at a thread angle of 15 degree, a diameter ratio of 0.1 percent and triple threaded was about 63 percent.
Keywords: Collar, Cable, Scour depth, Sediment -
سرریز از جمله سازه هایی است که برای تنظیم سیلاب های مازاد بر ظرفیت سد طراحی می شود. یکی از مهمترین دلایل تخریب سدها، ناکافی بودن ظرفیت تخلیه سرریزها است. به همین دلیل طراحی سرریز با ظرفیت عبوری بالا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سرریزهای کلید پیانویی نوع جدیدی از سرریزها هستند که ظرفیت تخلیه دبی بالایی دارند و می توانند به عنوان سازه ای اقتصادی با کارایی بالا مورد استفاده قرار گیرند. در این تحقیق برای تعیین تاثیر پارامتر هندسی نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی سرریز و شیب بر ضریب آبگذری، 180 آزمایش روی سرریزهای دو و سه سیکل، تحت شرایط هیدرولیکی مختلف انجام شد. نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش بار هیدرولیکی، ضریب آبگذری ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین با افزایش نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی از 8/0 تا 25/1 ضریب آبگذری در سرریزکلید پیانویی به مقدار 26 درصد افزایش یافت. بررسی اثر تعداد سیکل نشان داد حداکثر ضریب آبگذری در سرریز دو سیکل بین 6/0 تا 76/0 و برای سرریز سه سیکل بین 4/0 تا 59/0 بود و در کلیه مراحل، عملکرد سرریز 2 سیکل بهتر از 3 سیکل بوده بطوریکه 29% افزایش ضریب آبگذری داشته است. علت این امر، پیچیده تر شدن شرایط جریان در سرریز سه سیکل و تداخل بیشتر خطوط جریان، استغراق موضعی، افت انرژی بیشتر در این شرایط و افزایش تعداد سیکل در یک عرض مشخص با طول موثر یکسان می باشد. در این تحقیق شرایط بهینه سرریز کلید پیانویی نوع A از نظر تاثیر توام شیب کلیدها و نسبت عرض ورودی به خروجی، با استفاده از دماغه مثلثی بررسی شد و نتایج نشان داد که سرریز کلید پیانویی با نسبت عرض کلید 25/1 و شیب 2/25 % با دماغه مثلثی بهترین ترکیب را برای ایجاد حداکثر ضریب آبگذری ارایه می دهد.
کلید واژگان: سرریز کلید پیانویی، ضریب آبگذری، نسبت عرض کلید ورودی به خروجی، مدل هیدولیکیThe Piano key weirs are new types of weirs which have a high discharge capacity and are more economical and highly efficient.in the current study, to determine the effects of geometrical parameters of ratio of input key on discharge coefficient,180 experiments have been done on two-cycle and three-cycle weirs under different hydraulic conditions. The results of the study indicated that by increasing hydraulic load, at first discharge coefficient increases and then it decreases. Discharge coefficient in the piano key weir also increases to 26% by increasing ratio of input key to output key from 0.8 to 1.25.the analysis of number of cycles revealed that the maximum rate of discharge coefficient for two-cycle weir was between 0.6 and 0.76 and for three-cycle weir was between 0.4 and 0.59.throuout the whole process, the performance of two-cycle weir was much better than three-cycle weir since the discharge coefficient of it was 29%.the reasons for this are the complexity of discharge conditions in three-cycle weir, more streamlines interference, local immersion , more energy loss and the increasing number of cycles in a specified width with the same effective length. The optimum condition of A-type piano key weir in terms of the simultaneous effect of weir slope and ratio of input width to its output using triangular nose has been examined. The analysis of findings showed that a piano key weir with a ratio of key width of 1.25 and a slope of 25.2% with a triangular nose is the best combination for the maximum rate of discharge coefficient.
Keywords: piano key weir, Discharge coefficient, Width ratio of key, Hydraulic Model -
در این مطالعه به منظور بررسی اثر قطر لوله مستغرق در کنترل آبشستگی، آزمایش هایی در یک فلوم آزمایشگاهی در مسیر مستقیم انجام گرفت. در این تحقیق با قرار دادن یک لوله استوانه ای به همراه تیغه در زیر آن در دو حالت با وجود تیغه و بدون تیغه در زیر آنها اقدام به انجام یک سری آزمایش گردید. آزمایش ها با استفاده از چهار قطر مختلف لوله، چهار طول تیغه، پنج مکان قرارگیری بصورت افقی در زیر لوله در یک شدت جریان ثابت در حالت آب زلال انجام شد.در انتهای هر آزمایش طول و عمق آبشستگی در زیر لوله اندازه گیری شد.نتایج این تحقیق نشان داد در کلیه شرایط، مکان قرارگیری تیغه در زیر لوله و افزایش قطر لوله عامل موثر در اندازه عمق آبشستگی در اطراف آن می باشد. همچنین در کلیه شرایط استفاده از تیغه طولی در مقایسه با حالت بدون تیغه، باعث افزایش درصد کاهش عمق آبشستگی در اطراف لوله مستغرق می شود. بطوریکه در قطر 1/3 سانتی متر استفاده از تیغه با طول 2/5سانتی متر و محل قرارگیری تیغه از مرکز لوله به پایین دست بطور متوسط باعث کاهش عمق آبشستگی در حدود 70 درصد نسبت به حالت بدون تیغه می شود.
کلید واژگان: تیغه، قطر لوله، عمق آبشستگی، طول آبشستگیThe effect of submerged pipe diameter on scour controlling a direct laboratory flume was experimentally studied. Experiments were carried out on a cylindrical pipe with or without a lower blade. For these experiments, four pipe diameters, four blade lengths, and five horizontal placement modes for the lower blade were considered using a constant discharge under clear-water conditions. At the end of each experiment, the length and depth of scour beneath the pipe were measured. According to the results, the location of the lower blade and increased pipe diameter affect the scour depth around the pipe. In all cases, the use of a longitudinal blade caused an increase in the percentage of scour depth reduction around the submerged pipe. For a pipe with a diameter of 3.1 cm, the use of a blade length of 2.5 cm downstream the center of the pipe reduced the scour length by 70% on average as compared to the pipe without a lower blade.
Keywords: Blade, Pipe diameter, Scours depth, Submarine pipelines -
امروزه استفاده از سرریز کلید پیانویی یک راه حل مناسب جهت افزایش ظرفیت تخلیه نسبت به سرریزهای موجود محسوب می شود. طراحی مناسب این سرریز ها، مستلزم دقت کافی در پیش بینی ظرفیت تخلیه می باشد. در این تحقیق نوع جدیدی از سرریزهای کلید پیانویی با دماغه مثلثی با شیب ها و نسبت عرض های مختلف، مورد آزمایش قرار گرفت و برای تعیین تاثیر پارامتر هندسی نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی سرریز، بر ضریب جریان، آزمایشات متعددی تحت شرایط هیدرولیکی مختلف بر روی سرریزهای سه سیکله با دماغه مثلثی انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش بار هیدرولیکی، ضریب جریان ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین با افزایش نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی از 8/0 تا 25/1 و افزایش شیب از 2/19 تا 2/25 درصد، ضریب جریان در سرریزکلید پیانویی افزایش می یابد. از داده های بدست آمده از آزمایشات این تحقیق یک رابطه ریاضی برای تعیین ضریب آبگذری سرریز کلید پیانویی 3 سیکل بدست آمد. مقایسه با تحقیقات سایر محققین نشان داد که رابطه بدست آمده از این تحقیق خطای کمتری نسبت به روابط سایر محققین دارد. علاوه بر این سرریزهای کلیدپیانویی در مرحله هوادهی کامل به بالاترین حد از ضریب آبگذری می رسند که این در محدوده 2/0 ≥ ≤ Hd/P1/0 بوده است. همچنین مقدار ضریب آبگذری در کلیه مراحل در سرریزهای 2 سیکل نسبت به 3 سیکل بیشتر بوده است. بررسی نتایج نشان داد که نسبت 25/1Wi/Wo= و شیب2/25 درصد بیشترین مقدار ضریب جریان (592/0) را داشته است .کلید واژگان: سرریز کلید پیانویی، ضریب شدت جریان، مدل هیدرولیکیToday, using piano key weirs is a proper solution to increase the discharge capacity compared to existing weirs. The appropriate design of these weirs requires sufficient precision to predict the discharge capacity. In the current study, a new type of piano key weirs with a triangular nose has been used and to determine the effects of geometric parameters of the inlet to outlet key width ratio on the flow coefficient, various experiments have been carried on three-cycle weirs with a triangular nose under hydraulic conditions. The results of the study indicated that with the increase of hydraulic charge, the flow coefficient increases firstly and then decreases. The flow coefficient also shows an increase in Piano Key weir when the ratio of input key to output key increases from 0.8 to 1.25 and from 19.2 to 25.2%.A mathematical equation has been obtained using the results of the experiment to determine the discharge coefficient of three-cycle piano key weirs. This equation has less errors than other equations found in the previous findings. Furthermore, throughout the whole process of adhesion-aeration, piano key weirs reached the highest discharge coefficient (0.1 ≥Hd/P≤ 0.2) and two-cycle weirs gave a significantly higher discharge coefficient than three-cycle weirs. The results of this study revealed that the proportion of Wi/Wo=1.25 and the slope of 25.2 percent had the highest discharge coefficient (0.592).Keywords: Piano key weirs, Discharge coefficient, Hydraulic Model
-
سرریزهای کنگرهای سازه هایی هستند که برای انتقال جریان های بزرگ در هدهای کم، با افزایش طول موثر تاج سرریز با توجه به وسعت کانال طراحی شده اند. در این پژوهش سرریزهای کنگرهای قوسی ذوزنقه ای با شعاع قوس و طول سیکل متفاوت مورد بررسی قرار گرفتند. آزمایش های متعددی با استفاده از روش مدل سازی فیزیکی برای تعیین تاثیر نسبت شعاع قوس به عرض سیکل میانی (R/w1) و نسبت طول سیکل سرریز به عرض سیکل میانی (B/w1) بر ضریب دبی سرریز، انجام شد. آزمایش ها بر روی یک فلوم مستطیلی به طول 6 متر، ارتفاع و عرض 6/0 متر انجام شد. با استفاده از آنالیز ابعادی به روش باکینگهام مشخص شد که ضریب دبی تابع سه پارامتر هد هیدرولیکی، شعاع قوس سرریز و نسبت طولی سرریز خواهد بود. به طورکلی نتایج این تحقیق نشان داد با افزایش نسبت شعاع قوس در سرریز کنگرهای قوسی دوزنقه ای، ضریب دبی تا 3/27 درصد افزایش می یابد. همچنین با کاهش نسبت طول سیکل از 5/1=B/w1 به 1=B/w1،ضریب دبی سرریز تا حدود 7/29 درصد افزایش یافت.کلید واژگان: سرریز کنگره ای، ضریب دبی، مدل هیدرولیکی، سرریز قوسی ذوزنقه ایLabyrinth weirs are structures for transferring large flows at low heads, in which the effective length of crest for a given channel width is increased. In this study trapezoidal arced labyrinth weirs with different arc radius and cycle length were investigated. Several experiments were conducted using physical models to evaluate the effect of R/w1 (ratio of arc radius to middle cycle width) and B/w1 (ratio of weir length in flow direction to middle cycle width) on weir discharge coefficient. The experiments were carried out using a 6 m long test flume with cross section of 0.6 m width and 0.6 m height. Using Buckingham method of dimensional analysis, it was found that the discharge coefficient is a function of three variables; hydraulic head, arc radius of weir and weir length ratio. In general, the results of this study showed by increasing arc radius ratio, discharge coefficient of trapezoidal arced labyrinth weir increases up to 27.3%. Besides, by decreasing the weir length ratio from 1.5 to 1, discharge coefficient increased up to 29.7%.Keywords: labyrinth weir, discharge coefficient, hydraulic model, trapezoidal arced labyrinth weir
-
سرریزهای زیگزاگی با افزایش طول تاج در یک محدوده معین عرضی، موجب افزایش ظرفیت انتقال جریان از روی سرریز می شوند. تحقیق حاضر به بررسی و مقایسه ضریب دبی عبوری سرریز در دو نوع سرریز زیگزاگی تک سیکل مثلثی و ذوزنقه ای در حضور پره های هادی می پردازد. آزمایش ها بر روی یک فلوم آزمایشگاهی به طول 6، عرض 6/0 و ارتفاع 6/0 متر انجام شد. با استفاده از سرریزهای زیگزاگی تک سیکل مثلثی و ذوزنقه ای که هر کدام دارای تعداد دو، چهار و شش پره بودند، عملکرد هیدرولیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفت و سپس نتایج آن ها با یکدیگر مقایسه شد. نتایج تحقیق نشان داد در سرریز ذوزنقه ای زاویه قرارگیری 60 درجه پره ها و در سرریز مثلثی زاویه قرارگیری 45 درجه پره ها بر روی تاج (ذوزنقه ای، مثلثی)، شرایط مطلوب تری را جهت افزایش ضریب دبی دارا بود. از این رو می توان بیان داشت در یک نسبت بار هیدرولیکی ثابت (Hd/P = 0.2)، سرریز ذوزنقه ای با دو و شش پره به ترتیب 8/38 و 3/10 درصد نسبت به شرایط بدون پره سبب افزایش ضریب دبی شده اند؛ همچنین در یک نسبت بار هیدرولیکی ثابت (Hd/P = 0.2)، سرریز مثلثی با دو و شش پره به ترتیب 3/28 و 7/11درصد نسبت به شرایط بدون پره سبب افزایش ضریب دبی شده اند.
کلید واژگان: سرریز زیگزاگی تک سیکل، ضریب دبی، پره هادیThe discharge coefficient of labyrinth weirs increases with increasing the crest length within a certain width range. This study compares the discharge coefficient in two types of one-cycle triangular and trapezoidal labyrinth weirs. Experiments were conducted on a laboratory flume with length of 6, width of 0.6 and height of 0.6 m. The hydraulic performance of one-cycle triangular and trapezoidal labyrinth weirs with two, four and 6 guide vanes was compared. According to the results, the vanes with a placement angle of 60∘ in the trapezoidal weirs and a placement angle of 45∘ in the triangular weirs on the crests of weirs caused a further increase in the discharge coefficients of weirs. Consequently, at a constant hydraulic head (Hd/P) of 0.2, the discharge coefficient of a trapezoidal weir with two and six guide vanes increased by 38.8 and 10.3%, respectively, as compared to a trapezoidal weir without a guide vane. Furthermore, at a constant hydraulic head (Hd/P) of 0.2, the discharge coefficient of a triangular weir with two and six guide vanes increased 28.3% and 11.7%, respectively, as compared to a triangular weir without a guide vane.
Keywords: One-cycle labyrinth weir, discharge coefficient, Guide vane -
یکی از دلایل مهم شکست پل ها در ایالات متحده و جهان، مربوط به آبشستگی می باشد. خصوصیات جریان، شکل پایه و زاویه استقرار آن نسبت به جریان و خصوصیات رسوبات، همگی از عواملی می باشند که در پیچیدگی مسئله آبشستگی پایه های پل دخالت می نماید. باید توجه داشت که عمق نهایی آبشستگی ایجاد شده در مجاورت پایه پل برابر با مجموع عمق های فرسایش ناشی از آبشستگی موضعی، عمومی و تنگ شدگی عرض جریان می باشد. تعیین عمق فرسایش در محدوده پایه ها مستلزم آگاهی از نحوه جابه جایی مواد رسوبی بستر رودخانه ها است. پایه ها جریان عادی رودخانه را مختل می کند و تلاطم و اغتشاش حاصل از آن موجب فرسایش مواد رسوبی موجود در اطراف پایه می شود. از آنجایی که گسترش چاله آبشستگی پایداری سازه پل را به مخاطره می اندازد، پیش بینی میزان گودافتادگی و اتخاذ تدابیر لازم برای مهار آن از جمله اقدامات مهندسی متداول در عرصه مهندسی رودخانه تلقی می شود. بنا به این مهم در این تحقیق به بررسی تاثیر استفاده از طوقه های مشبک آیرودینامیک بر روی پایه های پل آیرودینامیک پرداخته شد. نتایج نشان داد با افزایش طول طوقه ها میزان آبشستگی کاهش بیشتری داشته است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1 طوقه های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 16.6 ، 22.3 و 24.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.5 طوقه های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 35.2 ، 37.4 و 38.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 1 طوقه های مشبک به طول (L/D) 6، 8 و 10 به ترتیب 27.7 ، 31.6 و 31.4 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. با افزایش سرعت نسبی (V/Vc) از 0.54 به 0.95 به طور متوسط باعث افزایش آبشستگی به میزان 113.8 درصد شده است. با نصب طوقه در عمق نسبی (Z/D) 0.1، 0.5 و 1 به ترتیب 16.6 ، 35.2 و 27.7 درصد کاهش آبشستگی نسبت به پایه بدون طوقه را شاهد هستیم. همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.1 به 0.5 شاهد کاهش آبشستگی به میزان 22.3 درصد و همچنین با افزایش عمق کارگذاری طوقه های آیرودینامیک مشبک (Z /D) از 0.5 به 1 شاهد افزایش آبشستگی به میزان 11.6 درصد هستیم. به این ترتیب می توان فهمید بهترین عمق کارگذاری طوقه به اندازه نصف قطر پایه پل می باشد. همچنین شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D نزدیک به مدل فیزیکی می باشد و به طور متوسط تنها 5.4 درصد خطا دارد که قابل قبول می باشد.کلید واژگان: پایه پل، آیرودینامیک، طوقه مشبک، مدل فیزیکی، آبشستگیScouring is one of the main reasons for the failure of bridges in the United States and the world. The flow characteristics, the base shape and the angle of its deposition relative to the flow and characteristics of the sediments are all factors that interfere with the complexity of the scouring problem of bridge bridges. It should be noted that the final scour depth created near the bridge base is equal to the total erosion depth due to local, general, and narrowing of the flow width. Determining the depth of erosion within the range of bases requires knowledge of the displacement of sedimentary materials in the river bed. The bases disrupt the normal flow of the river, and the turbulence and disturbances resulting from it erode sedimentary materials around the base. Since the propagation of the scour hole threatens the stability of bridge structure, a common engineering practice in the field of river engineering involves the prediction of scour depth to take necessary controlling measures. Accordingly, this study aimed at investigating the effect of air foil lattice collars on airfoil bridge piers. According to the results, scouring decreased further with increasing collar length. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.1, scouring reduced by 16.6, 22.3 and 24.7%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 0.5, scouring reduced by 35.2, 37.4 and 38.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. By installing lattice collars with a length (L/D) of 6, 8, and 10 at a relative depth (Z/D) of 1, scouring reduced by 27.7, 31.6 and 31.4%, respectively, compared with a collarless bridge pier. Scouring increased by 113.8% on average by increasing the relative velocity (V/Vc) from 0.54 to 0.95. By installing the collar at a relative depth (Z / D) of 0.1, 0.5 and 1, we see 16.6, 35.2 and 27.7 percent lower scouring than the collar less base. Also, by increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.1 to 0.5, the scour reduction decreased by 22.3% and also with increasing the depth of the lattice aerodynamic collars (Z / D) from 0.5 to 1, increasing the scour 11.6 percent. In this way, it can be seen that the best depth of the collar is about half the diameter of the base of the bridge. Also, simulation with the Flow-3D math model is close to the physical model, with an average of only 5.4% error, which is acceptable.Keywords: Bridge pier, airfoils, lattice collar, physical model, scouring
-
وقوع پدیده فرسایش در اطراف آبشکن، یکی از اصلی ترین عوامل تخریب این سازه ها بوده و هر ساله باعث اعمال خسارات فراوان مالی در جهان می شود. یکی از روش های کنترل آبشستگی در اطراف آبشکن استفاده از سنگ چین در اطراف آن می باشد. در این تحقیق به منظور بررسی اثر هندسه شکاف در بدنه آبشکن بر پایداری ذرات سنگ چین بکاررفته در اطراف آن ، با قراردادن یک مدل آبشکن در یک فلوم آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی و قوس 180 درجه، آزمایش هایی انجام شد. آزمایش ها با استفاده ازیک نوع سنگ چین با چگالی ثابت و با چهار قطرمتفاوت در دبی ثابت در حالت آب زلال انجام شد. در هر آزمایش عمق جریان در شرایط آستانه شکست اندازه گیری و سپس با استفاده ازداده های به دست آمده عدد پایداری محاسبه گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که در شرایط آستانه شکست، با افزایش فاصله نسبی شکاف از دماغه آبشکن عدد پایداری کاهش و با افزایش عرض نسبی شکاف، عدد پایداری افزایش می یابد. همچنین نتایج این تحقیق نتایج آزمایشگاهی سایر محققین را تایید نموده و تطابق خوبی با یافته های آنها داشت.کلید واژگان: آبشکن، سنگ چین، عدد پایداری، آبشستگیoccurring scour phenomenon around spur dike is one of the most fundamental scour factors that every year is coused exercising much financial recompense in worldUsing riprap around groin is one of the procedures to control scouring around it. In this study, some experiments were conducted in a laboratory plexiglass made the rectangular flume with a bend of 180 degree in order to evaluate effects of slot geometry in the groin on the riprap stability. A series of experiments was conducted by inserting a plexiglass made groin there with riprap around it. The experiments achieved by application of one type of riprap with constant density and four different diameter in constant discharge and clear water state .in each test measured flow depth in condition failure incipient and then calculation the stability number by use obtained data. The results this investigation showed that in failure incipient case decreased stability number with increase the slot relative distance from head of groins but increases with excess the slot relative width.Keywords: Spur Dike, Riprap, Stability number, Scour
-
سرریزهای غیر خطی در بارهای آبی کم، ظرفیت تخلیه نسبتا بالایی داشته و در بارهای آبی زیاد به دلیل استغراق در کلید خروجی سرریز، راندمان آن ها کاهش می یابد. سرریزهای زیگزاگی از جمله سازه های هیدرولیکی است که برای تنظیم سطح آب و کنترل جریان در مخازن سدها استفاده می شوند. عملکرد سرریزهای زیگزاگی در بارهای زیاد جریان، به دلیل تداخل تیغه های جریان، تلاطم و استغراق در کلید خروجی، مطلوب نمی باشد؛ از این رو، هدف این پژوهش بررسی اثر محل قرارگیری دیواره سپری بر استغراق ورودی سرریز است که برای این منظور از دیواره های سپری شیب دار با شیب های (1B'= و 5/0B'=) و طول های (cm 30= B و cm60= B) بر روی دو مدل سرریز زیگزاگی و کلید پیانویی با مقطع ذوزنقه ای استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع و طول دیواره های سپری باعث کاهش 50 درصدی ضریب آبگذری می گردد و راندمان سرریزها با افزایش دبی جریان به میزان 33 درصد افزایش می یابد. وجود این سپرها در سرریز زیگزاگی نسبت به کلید پیانویی با پلان مشابه، تا 30 درصد عملکرد بهتری را نشان داد. این تحقیق نشان داد که دیواره های سپری نصب شده در خروجی سرریز حدود 5 الی 10 درصد عملکرد بهتری نسبت به حالت نصب در ورودی از خود نشان می دهند، همچنین نتایج حاصله نشان می دهد سرعت جریان با ضریب آبگذری رابطه مستقیم دارد از این رو افزودن دیواره سپری به سرریزهای زیگزاگی و کلید پیانویی مشکل افت راندمان در دبی های بالا برای این سرریزها را به میزان 40 درصد مرتفع می سازد.کلید واژگان: سرریز کلید پیانویی، سرریز زیگزاگی، دیواره ی سپری، استغراق ورودی، عملکرد هیدرولیکیNonlinear weirs have relatively high discharge capacities in low hydraulic loads and their performance is reduced due to submergence of the outlet key in high hydraulic loads. Labyrinth weirs are hydraulic structures used for water level adjustment and flow control in reservoirs. The labyrinth weirs performance is not satisfactory in high hydraulic loads due to interference of flow blades, turbulence and submergence in the outlet key. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of parapet wall location on weir inlet submergence. Thus, the inclined parapet walls were used on trapezoidal labyrinth and piano-key weirs, which had 60 and 30 cm length (B = 60 and 30 cm) with 1 and 0.5 in slope (B′ = 1 and 0.5). The results showed increasing the parapet wall heights and lengths leads to a 50-percent decrease in the discharge coefficient. The weirs performance also increases by 33 percent as the flow rate increases. The installation of parapet walls on the labyrinth weirs showed better performance (up to 30%) as compared to the piano-key weirs with the same plan. Also the installation of parapet walls at the weir outlet showed a better performance (5-10%) as installed at the weir inlet. It was found that the flow rate is directly related to the discharge coefficient; hence, the efficiency drop is reduced about 40% in high discharge rates by setting the parapet walls at labyrinth and piano-key weirs.Keywords: : Piano-key weir, labyrinth weir, parapet wall, inlet submergence, hydraulic performance
-
سابقه و هدفبرای عبور آبهای اضافی و سیلابها از سراب به پایاب سدها از سازه ای به نام «سرریز» استفاده می شود. سرریز باید سازه ای قوی، مطمئن و با کارآیی بالا انتخاب شود که هرلحظه بتواند برای بهره برداری آمادگی داشته باشد. سرریزهای پلکانی بعنوان گزینه ای مناسب برای اصلاح سرریزهایی که برای عبور دبی حداکثر محتمل با مشکل روبرو هستند مطرح می شوند. سرریز پلکانی متشکل از پله هایی است که از نزدیکی تاج سرریز شروع شده و تا پاشنه پایین دست ادامه دارند. با افزایش زبری، انرژی جریان عبوری از روی سرریز بصورت یکنواخت وپیوسته پراکنده می شود، و دیگر در پنچه سرریز نیازی به ایجاد تاسیسات کاهنده انرژی جریان نظیر حوضچه های آرامش (که انرژی در آن باید یکباره پراکنده شود) نخواهد بود و یا در صورت لزوم ابعاد این گونه سازه ها کاهش خواهد یافت.مواد و روش هادر این تحقیق برای افزایش زبری از موانعی بر روی سرریز پلکانی استفاده شد که برای بیشتر کردن استهلاک انرژی آب استفاده می گردد. جهت بررسی آزمایشگاهی این تحقیق، از یک فلوم با قوس 90درجه در دانشگاه آزاد واحد اهواز استفاده شد و با انتخاب مدلهای مختلف موانع روی سریز پلکانی در سه شکل با سه طول و عرض متفاوت و همچنین استفاده موانع به صورت تکی و ترکیبی با 5 دبی متفاوت، جمعا 140 آزمایش انجام شد. پس از تحلیل نتایج مشخص گردید که در ترکیب سرریز پلکانی با موانع به ترتیب مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه ای، باعث کاهش استهلاک و افت انرژی شد.یافته هاموانع مثلثی به طور متوسط باعث افزایش 15.9 درصدی استهلاک انرژی، موانع مستطیلی به طور متوسط باعث افزایش 13.7 درصدی استهلاک انرژی و موانع ذوزنقه ای به طور متوسط باعث افزایش 11.2 درصدی استهلاک انرژی نسبت به مدل شاهد شده اند. با افزایش طول و عرض موانع باعث افزایش استهلاک و افت انرژی شد. موانع در حالت دو پله بیشترین استهلاک انرژی و افت را داشته. با ترکیب موانع بر دو پله سرریز پلکانی به طور متوسط 14.4 درصد، در موانع به حالت تکی در پله اول به طور متوسط 5.8 درصد و موانع بر پله دوم 4.8 درصد افزایش استهلاک انرژی را نسبت به حالت شاهد دارد. با افزایش عدد فرود از 0.32 به 1.71 شاهد کاهش استهلاک و افت انرژی هستیم که به دلیل استغراق پله های زیر سطح آب و کاهش زبری پله ها و با افزایش شدت پدیده ورود هوا می باشد که در استهلاک انرژی تاثیر می گذارد. نتایج شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D نزدیک به مدل فیزیکی می باشد و به طور متوسط تنها 6.3 درصد خطا دارد که قابل قبول می باشد.نتیجه گیریپس از تحلیل نتایج مشخص گردید که در ترکیب سرریز پلکانی با موانع به ترتیب مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه ای، شاهد کاهش استهلاک و افت انرژی هستیم. همچنین مقایسه نتایج شبیه سازی و مدل فیزیکی نشان می دهد با افزایش عدد فرود نتایج شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D انحراف کمتر با مدل فیزیکی پیدا می کندو به واقعیت نزدیکتر می شود.کلید واژگان: موانع، سرریز پلکانی، استهلاک انرژی، مدل فیزیکی، Flow-3DBackground and aimTo pass the excess water and floodwaters from upstream to downstream of the dams, a structure called "spillway" is used. This structure is vital and integral as they should be ready for operation at any moment. Stepped spillways are introduced as a viable option for improvement of spillways facing problem when flowing the possible maximum flow rate. Stepped spillways consist of stairs which start near the crown and continue to lower heels. Increase of roughness leads to a uniform and continuous distribution energy of the flow over the spillway. This is of great benefit for designers as there is no longer need to the toe of the spillway to create facilities reducing flow energy such as stilling basins.Materials and MethodsIn this study, to increase the roughness on the stepped spillway, barriers are used to increase the energy dissipation. For experimental tests, a flume with a 90 degree bend was used in Islamic Azad University of Ahvaz (IAU-A) and several different types of barriers on the stepped spillway in three shapes with three different lengths and widths as well as using barriers individually and in combination, with 5 different flow rates, a total of 140 tests were performed. After analyzing the results, it was found that in the stepped spillway combined with respectively a triangular, rectangular, and trapezoidal barrier, a decrease in dissipation and energy loss is observed.ResultTriangular barriers, on average, increase the energy consumption by 15.9%, rectangular barriers, on the average, increase the energy consumption by 13.7% and tipping barriers by an average 11.2% increase in energy depreciation compared to the control model. An increase in the length and width of the barriers results in an increase in dissipation and energy loss. The two-step barriers have the highest energy dissipation and loss. By combining barriers on the two-stair stepped spillway, there is an average of 14.4 percent increase in energy dissipation. Based on the observations, rise in the Froude number from 0.32 to 1.71 leaded to a decrease in dissipation and energy losses which is due to the immersion of the stairs below the water level and the reduction of the roughness of the stairs and with the increase of the intensity of the inflow phenomenon. The simulation results with the Flow-3D math model are close to the physical model, and on average only 6.3% of errors are acceptable.ConclusionAfter analyzing the results, it was found that in the combination of stepped spillway with triangular, rectangular and trapezoidal obstacles, we see a decrease in energy depreciation and energy loss. Also, comparing the simulation results and the physical model shows that the Flow-3D mathematical model find less bias with the physical model and closer to reality.Keywords: Barriers, stepped spillway, energy dissipation, physical model, Flow-3D
-
سرریز کلید پیانویی حالت توسعه یافته سرریزهای غیرخطی است که ظرفیت تخلیه دبی بسیار بالایی دارد. با توجه به افزایش طول موثر و به دنباال آن افزایش راندمان تخلیه در این گونه سرریزها میتوان از آنها در سرریز سدها و یا سازه های تنظیم آب استفاده نمود. در این تخقیق که بر روی سرریزهای دوسیکل کلید پیانویی با دماغه مثلثی انجام شده، آزمایشات متعددی برای تعیین تاثیر پارامترهای هندسی نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی سرریز (Wi/Wo)و نسبت طول سرریز به طول شیروانی پایین دست (B/Bi) بر ضریب شدت جریاان، انجاام گردید. نتاایچ نشاان داد که باا افزایش بار هیدرولیکی، ضریب شدت جریان ابتدا افزایش و سپس کاهش مییابد. همچنین با افزایش نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی از 8 /0تا 25 / 1 ضریب جریان در سرریز کلید پیانویی به مقدار 26 درصد افزایش یافت. استفااده از دماغه مثلثی بر ضریب شدت جریاان تاثیر مثبات داشته و مقایسه با تحقیقات سایر محققین نشان داد که رابطه بدست آمده از این تحقیق خطای کمتری نسبت به سایر روابط دارد.
کلید واژگان: سرریز کلید پیانویی، ضریب شدت جریان، مدل هیدرولیکی، نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجیThe piano key weir is a developed version of nonlinear weirs with a very high discharge capacity. Due to the increase in effective length and consequently the increase in drainage efficiency of these weirs, they can be used in dam spillways or water regulation structures. This study aimed at the investigation of two-cycle piano key weir with a triangular nose. Several experiments have been conducted to determine the effect of geometric parameters of the input-to-output key widths (Wi/Wo( and the ratio of the weir’s length to the length of downstream slope (B/Bi) on the discharge coefficient. The results of this study showed that with increasing hydraulic load, the discharge coefficient was first increased and then reduced, and by increasing the input-to-output width ratios from 0.8 to 1.25, the discharge coefficient of piano key weir increased up to 26 percent. Using triangular nose has a positive effect on the discharge coefficient. In addition, the comparison with the results of other researchers showed that have the relationship developed in this study has less error than other relationships.
Keywords: Flow discharge coefficient, Hydraulic model, : Piano Key Weir, Ratio of input key width to output key -
یکی از راه های موثر بر افزایش طول سرریز در عرض معین استفاده از سرریز هایی با پلان غیر خطی نظیر مثلثی، ذوزنقه ای و سهموی می باشد، که به آن ها سرریز های کنگره ای یا زیگزاگی گفته می شود. که معمولا بصورت یک و یا چند سیکل ساخته می شوند. در نتیجه احداث این نوع از سرریزها، حجم جریان عبوری از آنها افزایش یافته و ارتفاع آزاد کمتری در بالادست نسبت به سرریز های خطی نیاز خواهد بود. این موضوع در مواقعی که به عنوان سازه تخلیه سیلاب عمل می نمایند حائز اهمیت بوده و منجر به تسهیل عبور جریان سیلاب می گردد. در این تحقیق با 4 دبی (5، 10، 15 و 20) لیتر بر ثانیه و عرض و ارتفاع کانال 30 و 40 سانتی متر، مدل های سرریزهای کنگره ای ذوزنقه ای، مربعی، مثلثی و کلید پیانویی بصورت آزمایشگاهی و با نرم افزارFlow3D با مدل آشفتگی K-ε از نوعRNG مطالعه شد و نتایج با همدیگر مقایسه گردید. از بین تمامی مدل ها، سرریز کنگره ای مثلثی ببیشترین ضریب دبی را به خود اختصاص داده و با افزایش نسبت Ht/P برای تمامی مدل ها ضریب دبی کاهش می یابد و با این حال می توان نتیجه گرفت که تطابق نسبتا خوبی بین مقادیر حل عددی و آزمایشگاهی وجود دارد و بهترین محدوده برای نسبت Ht/P برای طراحی بین 14/0 تا 42/0 است که حداکثر ضریب دبی معادل Cd=1. 24 در این محدوده قرار می گیرد.کلید واژگان: ضریب دبی، سرریز کنگره ای، طول موثر، Flow3DOne effective method of increasing the length of the weir for a given weir width is the use of weirs featuring nonlinear plans, namely triangular, trapezoidal and parabolic, that are generally termed labyrinth or zigzag weirs. These are made in one and/or several cycles and as a consequence to the construction of these weirs, the volume of flow passing through them increases and lower free height of the current will be needed in the upstream section in respect to the linear weirs. The issue becomes more important when the weir is served to discharge the floodwater and leads to the facilitation of the flow of the flood current. The present study investigated 4 discharge rates (5l/s, 10 l/s, 15 l/s and 20 l/s) for a channel width and height of, respectively, 30cm and 40cm in trapezoidal, square, triangular and piano key labyrinth weirs in laboratory using Flow 3D software which was in diffusion model K-ε in type RNG was investigated and the results were compared. From among all the models, triangular labyrinth weir accounted for the highest discharge coefficient. It was found out that the Ht/P ratio increases for all of the models results in the decrease in the discharge coefficient. However, it can be concluded that there is a relatively good match between the numerically acquired and laboratory values.The best range for proportion Ht/P for design is between 0.14-0.42 that the maximum discharge coefficient equivalent to Cd=1.24 would be placed in this range.Keywords: Discharge coefficient, Labyrinth weirs, Weir length, Flow 3D
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.