شبیه‌سازی عددی تأثیر بزرگ‌نمایی سرریز بر روی مشخصات هیدرولیکی و هیدرودینامیکی آبگیری از بندهای انحراف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس آزمایشگاه، گروه علوم و مهندسی آب، داتشکده کشاورزی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 استادیار، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، اراک، ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب، داتشکده کشاورزی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

ازآنجاکه هندسه سرریزهای نوک اردکی پیچیدگی مسئله را برای مباحث تئوری و عملی به­دنبال خواهد داشت، لذا بررسی تغییر بزرگ­نمایی و هیدرولیک جریان بر روی این سرریزها حائز اهمیت است. در این پ‍ژوهش با تغییر در شکل سرریز از خطی به نوک اردکی با بزرگ­نمایی 2 و 3، تأثیر این تغییرات بر روی خصوصیات هیدرولیکی و هیدرودینامیکی جریان به­وسیله شبیه­سازی عددی با استفاده از نرم­افزار FLOW3D موردبررسی قرار گرفت. با انجام آنالیز ابعادی، نسبت­های بدون بعد استخراج و رابطه بین متغیرها در آزمایش­ها مشخص شد. نتایج مقایسه مدل عددی با مدل آزمایشگاهی نشان داد حداکثر خطای حاصله از شبیه­سازی عددی برای ضریب آبگذری سرریزها 12% می­باشد. ضریب آبگذری در سرریز خطی با بزرگ­نمایی 1 ابتدا روند افزایشی سپس روند کاهشی داشت. از هد نسبی بزرگ‌تر از 6/0 ضریب آبگذری ثابت شده که برای داده­های آزمایشگاهی برابر 7/0 و برای داده­های شبیه­سازی برابر 75/0 بود. در سرریز با بزرگ­نمایی 2 تا هد نسبی 4/0 روند افزایشی و از هد نسبی بزرگ‌تر از 4/0 روند کاهشی داشت. در سرریز با بزرگ­نمایی 3 با افزایش هد نسبی ضریب آبگذری همواره کاهش می­یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of the Effect of Weir Magnification on Hydraulic and Hydrodynamic Characteristics in Diversion Dams

نویسندگان [English]

  • Davoud Davoudmaghami 1
  • Amir Moradinejad 2
  • Shahla Paimozd 3
1 Laboratory Expert , Department of Water Engineering , Faculty of Agriculture, Arak University, Arak, Arak, Iran
2 Assist. Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Markazi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, AREEO, Arak, Iran
3 Assist. Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Arak University, Arak, Iran
چکیده [English]

Since the geometry of duck tip overflows will complicate the problem for theoretical and practical purposes, it is crucial to study the magnification and hydraulic change of flow on these overflows. In this study, the effect of these changes on the hydraulic and hydrodynamic properties of the flow was investigated by numerical simulation using FLOW3D software by changing the overflow shape from linear to duck tip with magnifications 2 and 3. Dimensional analysis extracted dimensionless ratios and the relationship between variables in the experiments was determined. The results of comparing the numerical model with the laboratory model showed that the maximum error obtained from numerical simulation for the overflow coefficient of overflows is 12%. The permeability coefficient in the linear overflow with magnification 1 first had an increasing trend and then a decreasing trend. From a relative head greater than 0.6, the permeability coefficient was proved to be 0.7 for experimental data and 0.75 for simulation data. In the overflow, with a magnification of 2 to a relative head of 0.4, there was an increasing trend and from a relative head greater than 0.4, there was a decreasing trend. In the overflow with magnification 3, the permeability coefficient always decreases with increasing the relative head.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Duck tip overflow
  • Flow control
  • hydraulic
  • Relative head
  • Water permeability
Ajdari Moghadam, M. and Jafari Nadoshan, E. (2013). Hydraulic design of labyrinth weir by using computational fluid dynamics (CFD). Modares Civil Eng. J., 13(2), 12-28. [in Persian].
Carollo, F. G., Ferro, V. and Pampalone, V. (2017). Testing the outflow process over a triangular Labyrinth weir. J. Irrig. Drain. Eng., 143(8), 2-6.
Crookstone, B. M. and Tullis, B. P. (2012). Labyrinth weirs: nappe interference and local submergence. J. Irrig. Drain. Eng., 138, 757-765.
Davoud Maghami, D. (2017). Survey of flow hydraulic characteristics over the proposed structure called a duckbill check drop for optimum controlling over upstream intakes. PhD Thesis, BU-Ali Sina University, Hamadan. 191p [in Persian].
Esmaeili Varaki, M., Farhoudi, J. and Omid, M. H. (2011). Flow patterns at right-angled lateral intakes. Iran. J. Agri. Eng. Res., 10(1), 49-68 [in Persian].
Flow Science Incorporated. (2015). Flow-3D user's manuals, version 11.1, Santa Fe, NM.
Ghasemzadeh, F. (2013). Simulation hydraulic issues in Flow-3D. Noavar Publications. 144p [in Persian].
Ghodsian, M. (2007). Stage-Discharge relationship for a triangular labyrinth spillway. Proc. Inst. Eng. Water Manage., 162(3),173-178. [In Persian].
Gupta, K. K., Kumar, S. and Ahmad, Z. (2015). Effect of weir height on flow performance of sharp crested rectangular-planform weir. World Appl. Sci. J., 33(1), 168-175.
Hirt, C. W.and Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) methods for the dynamics of free boundaries. J. Comput. Phys., 39, 201–225.
Houston, K. (1983). Hydraulic model study of Hyrum Dam auxiliary spillway. Report No. GR-82-13. U.S. Bureau of Reclamation. Denever. Colo.
Kumar, S., Ahmad, Z. and Mansoor T and Himanshu S. K. (2012). Discharge characteristics of sharp crested weir of curved plan-form. Res. J. Eng. Sci., 1(4), 16-20.
Majedi Asl, M. and Fuladipanah, M. (2019). Application of the evolutionary methods in determining the discharge coefficient of triangular labyrinth weirs. J. Water Soil Sci., 22(4), 279-290 [In Persian].
Mansouri, R., Esmaeili Varaki, M. and Navabian, M. (2019). Experimental study of the effect of trapezoidal labyrinth weir geometry on increasing dissolved oxygen. Iran. Soil Water Res., 49(5), 977-990 [In Persian].
Mirnaseri, M. and Emadi, A. R. (2013). Hydraulic performance of combined flow rectangular labyrinth weir-gate. Middle-East J. Sci. Res., 18(9), 1335-1342 [In Persian].
Montaseri, H. and Asiaei, H. (2016). Numerical investigations on effect of intake location and diversion angle on flow pattern in a channel bend by SSIIM2 software. Modares Civil Eng. J., 16(3), 215-226 [In Persian].
Rezaie. M., Emadi. A. and Aqajani Mazandarani, Q. (2016). Experimental study of rectangular labyrinth weir. Iran. J. Water Soil, 29(6), 1438-1446 [In Persian].
Razvan, R. (1989). River intake and diversion dams. Elsevier Science Pub. Inc. New York. USA.
Roushangar, K., Majedi Asl, M. and Alami, M. T., Shiri J. (2017). Evaluation of the effect of changes in arc cycle angle on the discharge coefficient of arced labyrinth and arced piano weirs. Iran. Soil Water Res., 29(2), 341-351 [In Persian].
Taylor, G. (1968). The performance of labyrinth weirs. PhD Thesis, University of Nottingham, Nottingham, England.
Tajari, M., Dehghani, A. A. and Meftahhalaghi, M. (2019). Simulation of sedimentation pattern in upstream of duckbill weirs using submerged vanes. J. Ferdowsi Civil Eng.,
 
     32(3), 83-98. DOI:10.22067/civil 32i3.69105 [In Persian].
Zahiri, M. (2015). Developing formulae for discharge coefficient in curved weirs using Genetic Programming. Iran. J. Irrig. Drain., 9(2), 323-334[In Persian].
Zamiri, E., Karami, H. and Farzin. S. (2018). Numerical study of effective parameters in hydraulic performance of flow over labyrinth weir. Iran. J. Irrig. Drain., 11(5), 865-875 [In Persian].