مطالعه عددی و آزمایشگاهی تاثیر المان های گوهای شکل برضریب زبری و استهلاک انرژی روی سرریز پلکانی

در سرریز پلکانی، پله ها با فراهم کردن یک بستر زبر مصنوعی انرژی جریان را بیش از انواع دیگر سرریزها مستهلک می کند که این امر موجب کاهش زمان و هزینه ساخت سد شده و توانسته است توجه مهندسان طراح را به سوی این نوع از سرریزها جلب کند. اما آنچه در این نوع از سریزها حایز اهمیت است، افزایش اثر پله ها در میزان استهلاک انرژی است. به همین دلیل هدف از تحقیق حاضر، بررسی افزودن المان های گوه ای شکل روی پله ها و تاثیر آن بر تغییرات ضریب زبری دارسی، ارتفاع آب پایین دست سرریز و در نتیجه استهلاک انرژی روی سرریز پلکانی است. در این راستا ابتدا چندین شکل از المان های گوه ای شکل با چیدمان های متفاوت با استفاده از نرم افزار Flow-3D شبیه سازی شده و سپس با مقایسه نتایج، مدل مناسب ازجنبه بیشترین استهلاک انرژی در آزمایشگاه ساخته و مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشات بر روی 5 مدل فیزیکی، با تغییر در چیدمان گوه ها و میزان دبی انجام گردید و نتایج با سرریز پلکانی ساده مورد مقایسه قرارگرفت. نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که افزودن المان ها بر روی سرریز پلکانی، ضریب زبری دارسی را افزایش داده و موجب کاهش ارتفاع آب در پایین دست سرریز و درنتیجه افزایش چشمگیر استهلاک انرژی می شود. با کاهش فاصله بین المان های گوه ای، استهلاک انرژی بطرز چشمگیرتری افزایش می یابد. همچنین روابطی برای زبری ((f و نسبت عمق بحرانی به زبری پله (yc/k) بدست آمده است که دقت بالای این روابط (R2= 0.9-0.98) بیانگر وابستگی قابل توجه مقدار زبری ((f به زبری پله ((k می باشد.