شبیه‌سازی عددی الگوی جریان بر روی سرریزهای با مقطع افقی مثلثی و مقایسه با سرریز خطی با استفاده از نرم افزار Flow-3D

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 9، دوره 9، شماره 29، خرداد و تیر 1395، صفحه 125-137   

نویسندگان

امیرحمزه حقی آبی^{* 1}؛ بهادر عباسپور²؛ عباس ملکی³؛ حسن ترابی پوده³

¹دانشیار گروه مهندسى آب، دانشگاه لرستان، ایران

²دانشجوى کارشناسى ارشد، گروه مهندسى آب، دانشگاه لرستان، ایران

³استادیارگروه مهندسى آب، دانشگاه لرستان، ایران

تاریخ دریافت: 03 آبان 1395،  تاریخ پذیرش: 03 آبان 1395 

چکیده

سرریزها به‌طور گسترده برای عبور سیل، اندازه­گیری جریان، انحراف جریان و کنترل سطح آب در سدها، رودخانه‌ها و کانال­های باز مورد استفاده قرار می‌گیرند. این تحقیق با هدف بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان در سرریزهای با مقطع افقی مثلثی لبه تیز به ازای زوایای مختلف رأس سرریز صورت گرفت. میدان جریان سه‌بعدی بر روی سرریزهای 30، 60، 150 و 180 درجه به صورت عددی بر مبنای شبیه آشفتگی RNG استاندارد و با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D  نسخه  10.0.1بررسی ‌شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه رأس سرریز از 30 درجه تا 180 درجه به علت کاهش تداخل جریان عبوری با تیغه‌های ریزشی جانبی، اغتشاشات و گردابه های جریان کمتر می‌شود و از برآمدگی سطح جریان در نیم رخ طولی و اختلاف ارتفاع عرضی جریان در نیم رخ عرضی کاسته می‌شود و در پایاپ سرریز نیز فشار کاهش یافته و سرعت افزایش می یابد. درنهایت نتایج حاصله نشان می‌دهد که شبیه آشفتگی RNG در تعیین نیم رخ سطح آب در طول آب راهه پایین‌دست سرریز از دقت مناسبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

الگوی جریان؛ شبیه آشفتگیRNG؛ سرریزهای با مقطع افقی مثلثی؛ شبیه سازی عددی؛ Flow-3D

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Flow Pattern on the Triangular Plan Form Weirs and Comparing to Linear weir Techniques Using Flow-3D

نویسندگان [English]

Amir Hamzeh Haghiabi¹؛ Bahador Abbaspoor²؛ Abbas Maleki³؛ Hasan Torabi Pudeh³

چکیده [English]

Weirs have widely been used for the flood flow, flow measurement, flow diversion and control of water levels in dams, rivers and open channels. This study was curried out to investigate the hydraulic characteristics of flow over the sharp-crested triangular plan form weirs for different apex angles. Three-dimensional flow field over the weirs 30, 60, 150 and 180 degrees was numerically simulated based on the RNG turbulence model using the software Flow-3D version 10.0.1. The results showed as the apex angle increases, the interference of the longitudinal and lateral falling flows decreases and in turn leads to less disturbance and vortex flow. Also, in downstream, the flow surface knob of the longitudinal profile and height difference between the transverse cross-section profile becomes less and velocity and Froude number increase, whereas the pressure on downstream bottom decreases. The results show that the RNG turbulence model for determining water surface profiles along the channel downstream of the weir of appropriate accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

Flow Patterns, Turbulence Model RNG, Triangular Plan Form Weirs, Numerical Simulation, Flow-3D

مراجع

1. اژدری مقدم م و جعفری ندوشن ا، 1392. طراحی هیدرولیکی سرریزهای کنگره‌ای ذوزنقه‌ای با استفاده از هیدرودینامیک محاسباتی. مجله عمران مدرس، دوره سیزدهم. شماره 2.
2. تقی زاده ح، 1389. بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریزهای سه جانبی به وسیله شبیه‌سازی عددی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
3. حبیبی م  و قربانی ح، 1391. تحلیل آبشستگی در پایاب جریان‌های فروریزشی با مدل فیزیکی و عددی. اولین همایش ملی توسعه سواحل مکُران و اقتدار دریایی جمهوری اسلامی ایران.
4. سوری  ص و منصوری ع، 1391. مقایسه اثر شیب روی استهلاک انرژی در جریان ریزشی سرریز پلکانی یا استفاده از شبیه عددی. نهمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران اهواز.
5. شجاعیان، ز. کاشفی پور، س. م.1392. شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی در حوضچه آرامش سد مخزنی نمرود. مجله دانش آب و خاک، جلد 23. شماره 2.
6. قاسم‌زاده ف، 1391. شبیه‌سازی مسائل هیدرولیکی در Flow-3D. چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران،144 صفحه.
7. Bagheri s, and Heidarpour M. 2010.Application of free vortex theory to estimate discharge coefficient for sharp-crested weirs. Biosystems Eng, 105(3): 423-427.Cihan Aydin M. 2011. CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir. Advances in Engineering Software 45: 159–166.
8. Falvey HT. 2003. Hydraulic design of labyrinth weirs. ASCE press.pub. Virginia, USA.
9. Hoseini S H. 2014. 3D Simulation of Flow over a Triangular Broad-Crested Weir. J. of River. Eng. SCIJOUR.
10. Haun, S., N. Reidar and R. Feurich. 2011. Numerical modeling of flow over trapezoidal broad-crested weir. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, vol. 5, No. 3, pp. 397-405.
11. Flow-3D® User’s Manual, Version 10.0.1, Flow Science, Inc. 2011.
12. Kumar S, Ahmad Z and Mansoor T. 2011. A new approach to improve the discharging capacity of sharp-crested triangular plan form weirs. flow measurement and instrumentation, Elsevier,Vol.22,pp.175-180.
13. Tullis Bp, Amanian N and Woldron D, 1995. Design of labyrinth spillways. ASCE J Hyd Eng, 121(3):247-255.