بررسی عددی و آزمایشگاهی مسیر جت‌‌های ریزشی آزاد

جریان آب ورودی از روی سدها دارای انرژی زیادی است که در صورت عدم اتلاف این انرژی، جریان آب عبوری می‌‌تواند خسارات جبران ناپذیری را به سد و سازه‌‌های پایین دست آن وارد کند. یکی از راه‌‌های اتلاف این انرژی اضافی، خروج آب به صورت جت‌‌های ریزشی به حوضچه‌‌های استغراق است. جت‌‌های آب ریزشی اغلب باعث فرسایش و آبشستگی پایین‌‌دست سازه می‌‌شوند و به تکیه‌‌گاه‌‌ها و به کانال پایین‌‌دست رودخانه تاثیر می‌‌گذارند. در تحقیق حاضر به بررسی عددی و آزمایشگاهی خط مسیر جریان خروجی از جت‌‌های ریزشی آزاد پرداخته شد. برای شبیه‌‌سازی عددی از نرم افزار انسیس فلوئنت استفاده شد و کار آزمایشگاهی در آزمایشگاه هیدرولیک انجام گرفت. نتایج نشان داد که برد جت ریزشی آزاد در کار آزمایشگاهی کمتر از مقدار محاسبه شده آن با استفاده از روابط پرتابه  و نمونه شبیه‌‌سازی شده با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت به دلیل مقاومت هوا می‌‌باشد. به ترتیب معادلات پرتابه و مسیر شبیه‌‌سازی شده در نرم افزار انسیس فلوئنت به طور متوسط خطای 20/6 و 25/5 درصدی نسبت به داده‌‌های آزمایشگاهی دارند. از آنجایی که هیچ یک از معادلات ارائه شده برای محاسبه مسیر جت‌‌های ریزشی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی به دست نیامده‌‌اند و مقاومت هوا را در نظر نگرفته‌‌اند، لذا در محاسبه مسیر حرکت جت ریزشی دارای خطا هستند. برای  رفع این خطا، در تحقیق حاضر دو معادله‌‌ برای محاسبه مسیر حرکت جت ریزشی آزاد ارائه شده است که به ترتیب دارای خطای نسبی 3/02 و 9/14 درصدی می‌‌باشند. این روابط، خطای محاسبه مسیر حرکت جت ریزشی آزاد را به صورت قابل ملاحظه‌‌ای کاهش می‌‌دهند. نتایج نشان داد که با کاهش عرض مقطع خروجی جت ریزشی آزاد و افزایش بار آبی گذرنده از روی سرریز سد، جت ریزشی آزاد در فاصله دورتری از بدنه سد به زمین می‌‌رسد. همچنین نتایج شبیه‌‌سازی نشان داد که سرعت جریان آب با افزایش 247 درصدی نسبت به سرعت در انتهای تاج سرریز سد، به زمین برخورد می‌‌کند که مستلزم توجه بیشتر در طراحی حوضچه‌‌های آرامش در انتهای سدها می‌‌باشد.

numerical and experimental study of trajectory for free falling jets

the water flow over the dam spillways has a lot of energy and if this energy is not dissipated, the flowing water can cause irreparable damage to the dam and downstream structures. one way to dissipate this extra energy is to get water out of the jets into the plunging pool. water-free jets often cause erosion and scouring downstream of the structure, affecting the abutments and the downstream channel. in the present study, the trajectory of free-falling jets is investigated numerically and experimentally. ansys-fluent software is used for numerical simulation and laboratory work is carried out in the hydraulic laboratory. the results showed that the domain of free falling jet in laboratory work is less than its calculated value using the projectile equations and the sample simulated using ansys-fluent software is due to air resistance. the equations of the projectile prediction and the simulated path in ansys-fluent have an error of 20.6% and 25.5%, respectively, compared to the laboratory data. since none of the previously presented equations for calculating the path of falling jets were obtained using laboratory results and did not consider air resistance, therefore, they have errors in calculating the path of falling jets. in the present study, two equations have been presented to calculate the path of the free-falling jet, which have a relative error of 3.02% and 9.14%, respectively. these relationships significantly reduce the error of calculating the path of the free-falling jet. by reducing the outlet cross-section of the free-falling jet and increasing the head passing through the dam spillway, the free-falling jet reaches the ground at a greater distance from the dam body. since none of the equations presented for calculating the trajectory of jets have been obtained using laboratory results and have not considered air resistance, so they have an average error of 21% in the estimation of trajectory jets. in the present study, in addition to providing equations to calculate the trajectory of a free-falling jet, the air resistance also entered the main equation of the projectile by fitting an equation (using laboratory data). the simulation results also showed that the water flow velocity with a 247% increase compared to the velocity at the end of the dam overflow, hits the ground, which requires more attention in the design of the stilling basin at the end of the dam.