بررسی عددی تاثیر شعاع زانویی بر شکل‌گیری کاویتاسیون در زانویی سرریز نیلوفری

سرریز نیلوفری شامل سه بخش اصلی تاج دایره ای، شفت قائم همراه با یک زانویی معروف به گلوگاه و مجرای تقریباً افقی است. در بخش زانویی سرریزهای نیلوفری انتظار می رود بدلیل وجود جریان با سرعت بالا که منجر به جداشدگی و افت فشار ناشی از زبری و انحناء می شود، کاویتاسیون اتفاق بیفتد. این موضوع باعث شده است این سازه ها یکی از مستعدترین سرریزها برای وقوع کاویتاسیون باشند. در پژوهش حاضر امکان پذیری وقوع کاویتاسیون در زانویی سرریز نیلوفری با مدلسازی عددی با استفاده از نرم افزار flow3d مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج مدل عددی با نتایج مدل فیزیکی که در مرکز تحقیقات آب در ایران ساخته شده نشان داد که تطابق مطلوبی بین مدل عددی و مدل فیزیکی وجود دارد. اثر شعاع زانویی بر نتایج فشار در بدنه سرریز نیلوفری در دبی های مختلف و احتمال وقوع کاویتاسیون با استفاده از شاخص کاویتاسیون در بخش دیگری از این تحقیق مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد تغییر در شعاع زانویی با توجه به تاثیر آن بر انحناءِ خطوط جریان، اثر قابل توجهی بر بهبود یا افزایش خطر کاویتاسیون خواهد گذاشت. نکته قابل توجه این است که تغییر در شعاع زانویی در هر یک از حالت های رژیم جریان آزاد و رژیم جریان مستغرق دارای رفتارهای متفاوتی است. در رژیم جریان آزاد، افزایش شعاع زانویی خطر کاویتاسیون را تشدید ولی در رژیم جریان مستغرق یا پر بودن مقطع زانویی، افزایش شعاع زانویی خطر کاویتاسیون را کاهش می دهد.

Investigation of Elbow Radius Effect on Formation of Cavitation in Morning Glory Spillway

Morning glory spillway is one of the most susceptible cases for the occurrence of the cavitation phenomena. In the present study, the flow characteristics included the inlet and outlet discharge and the velocity and pressure close to the elbow walls were calculated for Alborz dam spillway by using of Flow3D software and the results were compared with the experimental data. The comparison of the numerical model results and the experimental data showed the good agreement between them. The results showed, the maximum pressure head in different discharges and for different elbow radius, have been located in median of piezometer in the bottem of elbow. As a result, it is suggested that, if possible, the curvature changes in the entrance area from the vertical shaft to the elbow and also from the elbow to the horizontal tunnel gradually. In different discharge and different radius of the elbow, the cavitation index for bottem of the elbow will increase as a result of dynamic impacts on the bottem of the elbow, but the cavitation index, toward to the end of the curvature, will be lower due to the contraction end of the cross section. The results showed that radius change of the elbow due to considerable effect on the flow field, has the significant effect on the occurrence probability of the cavitation. The radius change of the elbow has the different results for the submerged flow and free surface regimes.