بررسی عددی و آزمایشگاهی اثر هندسه پله ها بر جریان روی یک سرریز پلکانی در کانال روباز

یکی از راهکارهای موثر برای اتلاف انرژی در سازه های هیدرولیکی مانند سرریز ها ایجاد سرریز پلکانی است. دراین مقاله ویژگی های الگوی جریان سطح آزاد برروی سرریز پلکانی برای 8 هندسه مختلف پله در یک کانال مستطیلی بررسی شده است. برای این منظور نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی با هم مقایسه شده است. از روش حجم سیال(vof) برای مدلسازی سطح آزاد استفاده شده است. نتایج مدلهای آشفتگی kϵ استاندارد، k-ϵ rng، k-ϵ realizable، k-ω استاندارد وk-ω sst با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است. با مقایسه پروفیل سطح آزاد آب و مقدار اتلاف انرژی به دست آمده از شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی، این نتیجه حاصل شد که مدل k-ω sst به نتایج آزمایشها نزدیک تر است. کارکرد این مدل در تعیین اتلاف انرژی و وضعیت سطح آزاد آب در پنج دبی مختلف بررسی شده است و بهترین هندسه، پله شیبدار می باشد که در دبی یکسان دارای بیشترین اتلاف انرژی است.

Numerical and Experimental Study on the Effects of Step Shape on the Flow Over a Step Spillway in an Open Channel

One of the most effective mechanisms for energy dissipation over the hydraulic structures is the step spillway. In this paper, freesurface flow patterns over a spillway with 8 different geometries of the steps in a rectangular channel are investigated. For this purpose, the simulation results and laboratory measurements were compared. The volume of fluid (VOF) method was used to simulate the free surface flow. The results of the standard kε, RNG kε, Realizable kε, kω standard, and SST kω models for determination of the free surface and energy dissipation are compared with experimental data. It was concluded that the amount of energy dissipation and free surface profiles in the experiments were closer to the outputs of the SST kω model. Performance of this model has been investigated for prediction of the free surface and energy dissipation in five different discharge flow rates. The best step geometry is the sloping step geometry which has the highest energy loss for the same flow rate.