شرایط جریان موجکی و ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه‌پهن مستطیلی

سرریزها یکی از انواع سازه های هیدرولیکی هستند که در سیستم های انتقال آب به منظور اهداف خاصی مانند افزایش عمق جریان در بالادست سازه جهت آب‌گیری و یا اندازه گیری دبی جریان به کار گرفته می شوند. در این تحقیق به بررسی پارامترهای هیدرولیکی جریان و چگونگی وقوع جریان موجکی در سرریزهای لبه‌پهن مستطیلی به روش عددی با استفاده از روش حجم محدود (fvm) پرداخته شد و نتایج آن با روش آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که محدوده ضریب دبی برای داده های آزمایشگاهی بین 0.321 تا 0.332 است و با استفاده از مدل عددی این محدوده بین 0.301 الی 0.354 می باشد. هم‌چنین مشاهده گردید که در صورتی که عدد فرود جریان در مقطعی که حداقل عمق در روی تاج (dmin) اتفاق می افتد، کمتر از مقدار 1.5 باشد (1.5>fr1)، در بالای تاج سرریز موجک هایی به فرم سینوسی تشکیل می شود، که می تواند دقت در قرائت اشل را کاهش و باعث ایجاد خطا در برآورد دبی عبوری گردد. برای جلوگیری از وقوع جریان موجکی، عمق جریان نباید از حد معینی کمتر گردد. در تحقیق حاضر جریان موجکی در شرایطی که نسبت عمق آب روی تاج سرریز به طول تاج سرریز در جهت جریان بزرگ‌تر از 0.1 باشد (0.1  >h/l)، مشاهده نشد. بنابراین می توان گفت برقراری جریان موجکی در سرریزهای لبه‌پهن طولانی (0.1 >h/l) مستعدتر از سرریزهای لبه‌پهن حقیقی (0.4 h/l< 0.1) است. هم‌چنین با استفاده از روش رگرسیونی، رابطه ای برای تعیین ضریب دبی سرریزهای لبه‌پهن حقیقی با دقت مناسب و بالا ارائه شد.

undular flow conditions and discharge coefficients in rectangular broad-crested weirs

weirs are common hydraulic structures that can be used in conveyance water canals for increasing the water depth upstream of turnouts or measurement of flow discharge. in this study, the effect of hydraulic parameters and creation conditions of undular flow in the broad-crested weirs were investigated numerically using the finite volume method and the results were evaluated by the experimental method of other researchers. results indicated that discharge coefficients (cd) for experimental data are between 0.321-0.332, whereas the cd for numerical simulation (using ansys fluent) is between 0.301-0.354. over the crest where the minimum water depth (dmin) happens, when fr1 is less than 1.5 (fr1<1.5), the creation of waves was observed. this type of flow is known as the undular flow. in this situation, measuring water depth over the broad crested weir is not easy and can introduce error for discharge estimation. for preventing of the undular flow, the flow depth cannot be less than a specified value. in this study, this limitation was observed for h/l > 0.1. thus it can result that long broad-crested weirs (h/l<0.1) are more susceptible than the broad-crested weirs (0.1≤h/l<0.4) in the creation of the undular flows. additionally, a regression equation for estimation of the cd in the broad-crested weirs is proposed with reasonable accuracy.