شبیه سازی جریان آشفته دو فازی سرریزهای لولایی با شکل تاج مختلف

سرریزهای لولایی یکی از سازه های مهم جهت کنترل و تنظیم رقوم هیدرولیکی می باشند. سرریزهای آسانسوری سه لولایی در مقطع مجاری آب به صورت یک یا چند دریچه ای نصب می شوند که هرکدام دارای سیستم محرک مستقل جهت تغییر زاویه بدنه نسبت به کف کانال می باشند. با توجه به اینکه شرایط هیدرولیکی این نوع سرریزها به ویژه در حالت های چند دریچه ای و حالت های مختلف بازشدگی مشخص نمی باشد، در این تحقیق شرایط هیدرولیکی این سرریزها مورد بررسی گرفت. 

در این پژوهش مدل سازی جریان به منظور تحلیل ضریب دبی سرریز و انتخاب مدل آشفتگی مناسب با استفاده از نرم افزار Ansys CFX و داده های آزمایشگاهی Wahlin و Replogle برای دبی ها و زوایای مختلف انجام گرفت. همچنین مدل های آشفتگی RNG K-e، K-v، K-e استاندارد و SST مورد مقایسه قرار گرفت. با انتخاب مدل آشفتگی، شکل بهینه تاج سرریز آسانسوری در 3 نوع شکل سرریز لبه تیز، دایره ای (لبه بالادست و پایین دست) و نیم دایره (لبه بالادست به صورت گرد گوشه) مورد مطالعه قرار گرفت. 

مقایسه نتایج خروجی مدل نشان داد که مدل آشفتگی k-e استاندارد در مجموع تطابق بهتری با قرایت های آزمایشگاهی داشته، بطوریکه برای زوایای کم درصد خطای نسبی محاسبه شده بین 4/1 تا 1/3 درصد کمتر از بقیه مدل ها به دست آمد. با محاسبه عمق آب فلوم بالادست سرریز، خطای نسبی کمتر از 4/4 درصد برای مدل آشفتگی k-e محاسبه گردید که تطابق بسیار خوبی را بین نتایج خروجی مدل و نتایج آزمایشگاهی نشان داد.

محاسبه ضریب دبی در سرریزهای آسانسوری نشان داد که ضریب دبی برای سرریز با زاویه 70 درجه و لبه تاج نیم دایره به ترتیب 7/0 تا 9/7 درصد بیشتر از سرریزهای با تاج نیم دایره و لبه تیز می باشد. این اختلاف برای سرریز با زاویه 8/27 درجه بین 4/0 تا 2/3 درصد به دست آمد. لذا سرریزهای با لبه تاج نیم دایره بیشترین ضریب آبگذری را دارا می باشند.