بررسی آزمایشگاهی جریان آزاد و مستغرق در سرریزهای کلید پیانویی

سرریزهای کلید پیانویی (pkws) جزء سرریزهای غیرخطی هستند که می توانند دبی را برای عرض مشخص و بدون افزایش بار آبی افزایش دهند. در شرایطی که سطح تماس سازه با سرریز یا فونداسیون محدود باشد، سرریزهای کلیدپیانویی با افزایش طول تاج سرریز در بالادست و پایین دست پایه، می توانند جایگزین مناسبی برای سرریزهای کنگره ای باشند. در این تحقیق، برای بررسی عملکرد هیدرولیکی سرریزهای کلیدپیانویی در شرایط جریان آزاد و جریان مستغرق، در مجموع 554 آزمایش روی 11 مدل فیزیکی اجرا شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که در شرایط جریان آزاد و در نسبتبار آبی 0.5≤h₀/p≤1، سرریز کلیدپیانویی با نسبت عرض دهانه های ورودی به عرض دهانه های خروجی 1/4، و در h₀/p≥0.1 سرریز کلیدپیانویی با نسبت عرض دهانه های ورودی به عرض دهانه های خروجی1/2، کارایی هیدرولیکی بیشتری نسبت به سایر سرریزها دارند. ضریب دبی این سرریزها با ثابت بودن نسبت عرض دهانه ها و با تغییر شیب دهانه ها از 1/5:1 به منحنی (ربع دایره) حدود 3 درصد افزایش می یابد. در شرایط جریان مستغرق، با کاهش نسبتبارآبی ((ho/p، نسبت بار آبی مستغرق به بار آبی آزاد بالادست (h*/ho) افزایش می یابد. در سرریز کلیدپیانویی، با نسبت عرض دهانه های برابر 1 و در مقادیر نسبت های استغراق کوچک تر از 0/48(0/48>s ) عمق پایین دست تاثیری بر عمق بالادست سرریز ندارد و h*=ho است. اصلاح سرریزهای کلیدپیانویی با نسبت عرض دهانه ها برابر 1 باعث می شود که در این سرریز شروع استغراق زودتر و استغراق کامل دیرتر به وجود آید و اصلاح سرریزهای کلیدپیانویی با شیب های منحنی شکل و نسبت عرض دهانه ها برابر 1 باعث می شود که استغراق در این سرریز دیرتر شروع شود و حد استغراق کامل آنها تغییری نکند.

Experimental evaluation of free and submerged flow over piano key weirs

The piano key weirs (PKWѕ) are type of nonlinear weirs which can increase the discharge for a given width without the increase in  head water .In piano key the length of weir crest in both upstream and downstream can be incresead and therefore  can be considered to be a suitable substitution for the labyrinth weirs, with a relatively small footprint In this study, in order to evaluate the Hydraulic performance of PKWs of free & submerged flow, totally 554 experiments are conducted on 11 physical models. Results showed that in the free flow the PK₁.₄ (inlet over outlet key width; wi /w₀=1.4) in the head water ratio of 0.5≤H₀/P≤1 and the PK1.25 in H₀/P≥0.1 as compared with other weirs, has higher Hydraulic performance. In the case of constant values for the wi/w₀ ratio and changing of the floor slope from 1:1.5 to the curve (a quarter of the circle; PKC) the discharge coefficient of these weirs increased about 3 percent. In the condition of submerged flow the value of the submerged upstream head over the free flow of upstream head (H*/H₀) increased by decreasing the submerged upstream head ratio (H₀/P). For the PK1 weir and in the submergence values lower than 0.48, the downstream depth had no effect on upstream depth of weir, and H*=H₀. The modifying of PK₁ causes a decrease the modular submergence range in this weir and occurrence of the full submergence with a little delay. Modifying of PKC₁, lead to an increase in the modular submergence range and no change in the full submergence.