بررسی عددی الگوی جریان روی سرریزهای اوجی آزاد (مطالعه موردی- سد مخزنی نمرود)

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 5، دوره 11، شماره 38، آذر 1397، صفحه 49-60   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد حسین پورمحمدی¹؛ زهرا شجاعیان^{* 2}

¹استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.

²دانش آموخته دکتری سازه‌های آبی ، سازمان آب و برق خوزستان.

تاریخ دریافت: 10 مرداد 1395،  تاریخ بازنگری: 02 آذر 1395،  تاریخ پذیرش: 13 آذر 1395 

چکیده

سرریزها سازه‌هایی هستند که برای تخلیه سیلاب از مخزن سد در مواقع اضطراری استفاده می‌شوند. یکی از رایج‌ترین و در عین حال ساده‌ترین این سازه‌ها، سرریز اوجی می‌باشد. در این تحقیق میدان جریان سه بعدی روی سرریز به کمک نرم افزار Flow-3D با استفاده از دو نوع مدل آشفتگی و RNG شبیه‌سازی شد. ابتدا برای پیش‌بینی دقیق‌ خصوصیات هیدرولیکی جریان روی سرریز، با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده فلوم آزمایشگاهی (سیواکوماران و همکاران، 1983) دو مدل‌ آشفتگی و RNG صحت‌سنجی شدند. با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده نتایج حاصل از صحت‌صنجی نرم افزار نشان داد که مدل آشفتگی RNG در مقایسه با مدل نتایج بهتری را نشان می‌دهد. سپس از این مدل برای شبیه سازی مدل فیزیکی سد مخزنی نمرود استفاده شد مقدارهای محاسباتی شامل اندازه‌گیری‌های فشار و پروفیل سطح آب هستند که با اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی موجود مقایسه شدند. نتایج حاصل از شبیه‌سازی با اندازه گیری‌های تجربی انطباق خوبی داشتند.

کلیدواژه‌ها

الگوی جریان؛ سد مخزنی نمرود؛ سرریز؛ Flow-3D؛ مدل آشفتگی

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of Flow Pattern over Free Ogee Spillway (Case Study: Nimrod Reservoir Dam)

نویسندگان [English]

m p¹؛ z sh²

¹استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.

²دانش آموخته دکتری سازه‌های آبی ، سازمان آب و برق خوزستان.

چکیده [English]

Abstract
Spillways are structures used for releasing the surplus floodwater in necessary conditions from storage dams. Ogee spillway is one of the most common and simplest structures. . In this research, a three dimensional flow field over the spillway was simulated with Flow-3D, using two turbulence models, namely RNG and . First, for precise prediction of hydraulic specifications of over spillway flow, the mentioned turbulence models were validated using data gathered from a laboratory flume (Sivakumaran et al., 1983). Data collected from software validation showed that the RNG turbulence model produced better results than . In the next stage, this model was used for simulating the physical prototype of the Nimrod Reservoir Dam. The measurement factors included pressure and water surface profile. The obtained values were compared to the existing laboratory measurements. Results from the simulation were well consistent with experimental measurements.
Keywords: Flow Pattern, Nimrod Reservoir Dam, Spillway, Flow-3D, Turbulence Model.

کلیدواژه‌ها [English]

flow pattern, Nimrod Reservoir Dam, Spillway, Flow-3D, Turbulence Model

مراجع

منابع

1)       شجاعیان، ز. و کاشفی پور، س. م. 1392. شبیه سازی عددی پرش آبی در حوضچه آراشبکه سد مخزنی نمرود. مجله علمی-پژوهشی دانش آب و خاک دانشگاه تبریز، جلد 23 شماره 2 صفحه­های 283 تا 295.

2)       کمائی رستمی، ع. 1388. بررسی تغییر شکل شوت بلوک و عمق آب پایین­دست روی پرش آبی در حوضچه آراشبکه. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

3)       مهرابیان، م. ع. (ترجمه). 1386. پویائی سیالات محاسباتی، اصول و کاربردها. چاپ دوم، انتشارات دانشگاه شهید باهنر کرمان.

4)       Andersson, A. G., Andreasson, P. & Staffan Lundstrom, T. 2013. CFD-modelling and validation of free surface flow during spilling of reservoir in down-scale model. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 7(1): 159-167.

5)       Gonzalez, A, and Bombardelli, F. 2005.Two-phase flow theory and numerical models for hydraulic jumps, including air entrainment. in Proc. XXXI IAHR Congress, Seoul, Korea.

6)       Ho ,D., Boyes, K., Donohoo, S., & Cooper, B. 2004. Numerical flow analysis for spillways. Ancold Bulletin: 127-138.

7)       Kim, D. G., & Park, J. H. 2005. Analysis of flow structure over ogee-spillway in consideration of scale and roughness effects by using CFD model. ASCE Journal of Civil Engineering. 9(2): 161-169.

8)       Maghrebi, M., Alizadeh, S., & Lotfi, R. 2012. numerical simulation of flow over rectangular broad crested weir (Real case study). In The First International Conference on Dams and Hydropower. Tehran, Iran.

9)       Savage, B. M., & Johnson, M. C. 2001. Flow over ogee spillway: Physical and numerical model case study. Journal of Hydraulic Engineering. 127(8): 640-649.

10)   Sivakumaran, N. S, Tingsanchali, T. & Hosking, R. J. 1983. Steady shallow flow over curved beds, J. Fluid Mech. 128: 469–487.

11)   Souders, D. T., & Hirt, C. W. 2004. Modeling entrainment of air at turbulent free surfaces. In Proceedings of World Water and Environmental Resources Management. Salt Lake City, Utah (pp. 1-10).

12)   Wang, J., and Liu, R. 2000. A comparative study of finite volume methods on unstructured mashes for simulation of 2D shallow water wave problems. Mathematics and Computers in Simulation. 53(5): 171-184.

13)   Yoo M, Chen, Y., and Zhou, Q. 2000.Case study of an s-shapes spillway using physical and numerical models. Journal of Hydraulic Engineering ASCE. 132(9): 892-898.