بررسی عددی عملکرد سرریزهای پلکانی-کنگره ای بر روی استهلاک انرژی جریان های غیرریزشی

یکی از بارزترین مشخصات سرریز‌های پلکانی، استهلاک انرژی جریان در طول سرریز در اثر انتقال به پایین دست می باشد. هدف از این تحقیق پیشنهاد و معرفی شکل جدیدی از سرریزهای پلکانی برای دستیابی به بیشترین سطح از استهلاک انرژی جریان در انتقال به پایین دست سرریز می باشد. در این تحقیق هیدرولیک جریان عبوری از سرریز پلکانی تحت تاثیر تغییر و اصلاح شکل هندسی پله ها به شکل کنگره هایی از ذوزنقه، مثلثی و مستطیلی به کمک مدل flow-3d بررسی شده است. نتایج نشان داد که ایجاد تداخل تیغه های جریان در اثر عبور آب از روی شکل کنگره ای پله ها نکته ی قوت این نوع از سرریزهای پلکانیکنگره ای می باشد. همچنین شکل کنگرهای ذوزنقه ای عملکرد بهتری برای دست یابی به بیشترین میزان استهلاک انرژی از خود نشان می دهد. در شرایط جریان یکسان، سرریز پلکانیکنگره ای مستطیلی، مثلثی و ذوزنقه ای به ترتیب به میزان 4.62، 12.21 و 23.76 درصد در کاهش سرعت جریان و 5.6، 13.1 و 17 درصد در استهلاک انرژی بیشتر نسبت به سرریز پلکانی متعارف موثر بودند. که علت این امر تداخل خطوط جریان و افزایش مقاومت در برابر جریان و همچنین افزایش ناحیه فرآیند گردش مجدد و ایجاد جریان چرخشی بیشتر در این نوع از سرریز های پلکانی جدید میباشد. این نوع از سرریزها در مقایسه با سرریزهای پلکانی متعارف کمترین هد باقیمانده را دارد. نسبت هد باقیمانده در این سرریزها به طور متوسط برابر 2.57 ≈ hres/yc و در سرریزهای پلکانی متعارف برابر 4.32 ≈ hres/yc می باشد. در نهایت می توان از این سرریزها به عنوان نسل جدیدی از سرریزهای پلکانی در جهت افزایش راندمان و عملکرد هیدرولیکی آنها نام و بهره برد.

Numerical investigation of labyrinth stepped spillways’ performance on energy dissipation of skimming flow

One of the main characteristics of stepped spillways is energy dissipation along the spillway during the flow transmission. This research is to propose a new form of spillways’ steps in order to achieve the maximum level of energy dissipation. In this paper flow hydraulics affected by geometric reform of steps to labyrinths with trapezoidal, triangular and rectangular shapes is investigated numerically using FLOW-3D model. The results show that production of flow interferences during flow passing over the labyrinth shapes is the main achievement of labyrinth stepped spillway. Also, trapezoidal labyrinth shape shows a better performance in accessing the maximum energy dissipation. In the same flow condition the rectangular, triangular and trapezoidal labyrinth shaped stepped spillways are effective in flow velocity reduction by 4.62%, 12.21% and 23.76% and also in more energy dissipation by 5.6%, 13.1% and 17% respectively compared to the usual flat stepped spillway. This is because of streamline interference and increasing the resistance against the flow and also the extension of recirculating region and production of more rotational flow. These types of spillways have fewer amounts of the residual head than that for flat stepped spillways. The residual head ratio (Hres/yc) in this type of spillway is ~2.57 while it is ~4.32 in the flat stepped spillway. Finally one can find these types of spillways as next generation of stepped spillways which increases the efficiency and hydraulic performance.