بررسی آزمایشگاهی اثر هندسه سرریزهای زیگزاکی قوسی ذوزنقه‌ای بر ضریب دبی جریان

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 51، بهمن 1400، صفحه 73-86   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2022.26472.2276

نویسندگان

جمال فیلی¹؛ محمد حیدرنژاد^{* 2}؛ علیرضا مسجدی²؛ مهدی اسدی لور³

¹دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

²دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

³استادیار گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

تاریخ دریافت: 14 آبان 1399،  تاریخ بازنگری: 02 بهمن 1399،  تاریخ پذیرش: 29 دی 1400 

چکیده

مقدمه: سرریزهای زیگزاگی سازه‌هایی هستند که برای انتقال جریان‌های بزرگ در هدهای کم، طراحی می‌شوند. به عبارت دیگر، سرریزهای زیگزاکی نوع خاصی از سرریز غیرخطی بوده که به‌عنوان یک گزینه اقتصادی و فنی جهت کنترل جریان مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربری آنها زمانی است که افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض سرریز به‌دلیل شرایط توپوگرافی میسر نمی‌باشد
روش­: این نوع سرریزها ظرفیت تخلیه دبی بسیار بالایی دارند. با توجه به افزایش طول موثر و به دنبال آن افزایش راندمان تخلیه در این گونه سرریزها می­توان از آن­ها در سرریز سدها و یا سازه­های تنظیم آب استفاده نمود. با توجه به اینکه تاکنون در خصوص بررسی ضریب دبی سرریز در حالت پلان قوسی مطالعات جامعی انجام نشده است لذا در این تحقیق  مطالعاتی بر روی سرریزهای کنگره ای قوسی ذوزنقه‌ای با شعاع قوس و طول سیکل متفاوت انجام شد. آزمایشات متعددی با استفاده از روش مدل‌سازی فیزیکی جهت بررسی تاثیر نسبت عرض دماغه سیکل‌های کناری سرریز به عرض دماغه سیکل میانی (w2/w1) نسبت شعاع قوس به عرض سیکل میانی (R/w1) و نسبت طول سیکل سرریز به عرض سیکل میانی (B/w1) بر ضریب دبی سرریز، انجام گردید.
یافته­ها و نتیجه‌گیری: این آزمایشات نشان دادند با کاهش نسبت عرض دماغه سیکل‌های سرریز (w2/w1)، ضریب دبی روند افزایشی تا 33 % از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

سرریز زیگزاگی؛ سرریز قوسی ذوزنقه‌ای؛ نسبت عرض دماغه

عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of the Effect of the Geometry of Trapezoidal Arced Labyrinth Weirs on Flow Discharge Coefficient

نویسندگان [English]

Jamal Fili¹؛ Mohammad Heidarnejad²؛ Alireza Masjedi²؛ Mahdi Asadi Lor³

¹Phd Student, Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran .

²Associate Prof. Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.

³Assistance Prof. Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.

چکیده [English]

Labyrinth weirs are structures designed for transferring large flows at low heads. In other words, labyrinth weirs are a particular type of nonlinear weirs used to control a flow as an economic and technical option. They are used when it is not possible to increase the capacity of a weir through increasing its width due to topographic conditions. These types of weirs enjoy a very high discharge capacity. As these types of weirs increase the effective length and following that the discharge efficiency, they can be used as dam weirs or water regulation structures. Considering the fact that there have been no comprehensive studies so far to investigate the weir discharge coefficient when the weir has a curved plan, in this research, some studies were conducted on trapezoidal arced labyrinth weirs with different arc radii and cycle lengths. Numerous experiments were performed using the physical modeling method to investigate the effect of the ratio of the inside apex width of the side weir cycles to the inside apex width of the middle weir cycle (w2/w1), the ratio of arc radius to the width of the middle weir cycle (R/w1), and the ratio of the length of a weir cycle to the width of the middle weir cycle (B/w1) on the weir discharge coefficient. The experiments revealed that by decreasing the inside apex width ratio of the weir cycles (w2/w1), the discharge coefficient shows an increasing trend up to 33%.

کلیدواژه‌ها [English]

labyrinth weir, arced trapezoidal weir, apex width ratio

مراجع

1.    Azhdari Moghadam, M., and Jafari Nadoushan, E. 2003. Hydraulic Design of a Trapezoidal Labyrinth Spillway Using Computational Hydrodynamics. Civil Engineering of Journal, (Tarbiat Modarres University, Tehran, Iran), 13 (3): 123-135.

2.    Azimi, A.H., and Seyed Hakim, S. 2018. Hydraulics of flow over rectangular labyrinth weirs. Irrigation Science Springer, 37 (12): [https://doi/ 10.1007/s00271-018-0616-6].

3.    Belzner, F., Merkel, J., Gebhardt, M., and Thorenz, C. 2017. Piano Key and LabyrinthWeirs at German waterways: Recent and future research of the BAW. PP. 167-174. In: Labyrinth and Piano Key Weirs III – PKW 2017 – Erpicum et al. (Eds) © 2017 Taylor and Francis Group, London.[https://hdl.handle.net/20.500.11970/105138].

4.    Bijankhan, M., and Ferro, V. 2017. Dimensional analysis and stage-discharge relationship for weirs: A review. Journal of Agricultural Engineering 48(1): 1–11. [https://doi.org/10.4081/jae.2017.575].

5.    Bijankhan, M., and Kouchakzadeh, S. 2017. Unified discharge coefficient formula for free and submerged triangular labyrinth weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 57: 46-56. [https://doi.org/10.1016/J.FLOWMEASINST.2017.08.007].

6.    Christensen, N.A. 2012. Flow Characteristics of Arced Labyrinth Weirs. MSc thesis, Utah State University, Logan, Utah.

7.    Crookston, B.M., and Tullis, B.P. 2012a. Labyrinth Weirs: Nappe Interference and Local Submergence. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138 (8): 757-767.[https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000466].

8.    Crookston, B.M., and Tullis, B.P. 2012b. Arced labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 138(6): 555-562. [https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000553].

9.    Crookston, B.M., and Tullis, B.P. 2013. Hydraulic Design and Analysis of Labyrinth Weirs. I: Discharge Relationships. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(5): 363–370. [https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000558].

10.Delgado, F., Mann, P., Toneatti, P., and Camino, F. 2015. Discharge Coefficients Spillways Labyrinth Implementing Hydrodynamic Devices in the upstream side. Proceedings 36th IAHR World Congress. Hague, Netherlands.

11.Emami, S., Arvanaghi, H., and Parsa, J. 2018. Numerical Investigation of Geometric Parameters Effect of the Labyrinth Weir on the Discharge Coefficient. Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 6-1: 1-9. [https://doi.org.10.22075/JRCE.2017.11428.1188].

12.Gharibvand, R., Heidarnejad, M., Kashkoli, H.A., Hasounizadeh, H., and Kamanbedast, A.A.  2018. Numerical analysis of flow hydraulic in trapezoidal labyrinths and piano key weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 64: 64-70. [InPersian].

13.Ghodsian, D., and Amanian, N 2001. Discharge Coefficient of Semicircular Labyrinth Weirs. Amirkabir. Journal of Civil Engineering,13 (49):76-83.

14.Khode, B.V., Tembhurkar, A.R., Porey, P.D., and Ingle, R.V. 2012. Experimental Studies on Flow over Labyrinth Weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(6): 548–552. [https://doi.org.10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000336].

15.Kumar, S., Gupta, K.K., and Ahmad, Z. 2014. An approach to analyze the flow characteristics of sharp-crested triangular planform contracted weirs. World Applied Sciences Journal, 32(7): 13111317.[https://doi.org.10.5829/idosi.wasj.2014.32.07.2026].

16.Monjezi, R., Heidarnejad, M., Masjedi, A.R., Purmohammadi, M.H., Kamanbedast, A.A. 2018. Laboratory Investigation of the Discharge Coefficient of Flow in Arced Labyrinth Weirs with Triangular Plans. Flow Measurement and Instrumentation, 64: 64-70. [https://doi.org. 10.1016 / j. flowmeasinst. 2018.10.011].

17.Tullis, B.P., Young, N. and Crookston,  B. 2018. Size-Scale Effects of Labyrinth Weir Hydraulics. Proceedings of 7th International Symposium on Hydraulic Structures, Aachen, Germany.

18.Tullis, P., Amanian, N., and Waldron, D. 1995. Design of labyrinth weir spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 121(3): 247–255. [https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:3(247)]