بررسی عددی مشخصات جریان و ضریب دبی عبوری از سرریز دریچه های استوانه ای مستغرق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

سازه ترکیبی سرریزدریچه به‎دلیل قابلیت عبور هم‏زمان مواد معلق از روی سرریز و مواد ته‏نشین شده در جریان آب از قسمت دریچه، در مقایسه با سازه‏های دیگری که برای اندازه‏گیری دبی در کانال‏ها به‎کار برده می‏شوند، شرایط بهتری ایجاد می‏کند. در این تحقیق با بهره‏گیری از علم دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) و تحلیل عددی با استفاده از نرم‏افزار flow3d جریان عبوری برای قطرهای مختلف سرریزدریچه استوانه‏ای بررسی شد. شبیه‏سازی جریان در کانالی به طول 3، عرض 4/0 و ارتفاع 5/0 متر انجام گرفت. مدل‏ها برای قطرهای استوانه‏ای 5، 5/7، 10 و 5/12 سانتی‏متر و برای سه بازشدگی دریچه 1، 2 و 3 سانتی‏متر و جریان در 4 دبی 12، 16، 20 و 22 لیتر‏بر‏ثانیه مورد مطالعه قرار گرفتند. از مقایسه نتایج ضریب دبی نسبت به پارامتر بدون‏بعد نسبت عمق آب در بالادست به عمق آب در پایین‏دست مدل ترکیبی سرریزدریچه مشاهده شد که نتایج عددی به‎دست آمده با به‎کارگیری مدل آشفتگی rng داده‏های نزدیک‏تری به نتایج آزمایشگاهی ارائه می‏دهند. در مرحله صحت‏سنجی نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی تحقیقات گذشته، درصد خطای مدل شبیه‏سازی شده کمتر از 5 درصد محاسبه شد که بیانگر دقت قابل‎قبول مدل‏سازی عددی است. نتایج بررسی‏ها نشان داد با افزایش دبی، در قطر و بازشدگی دریچه ثابت، ضریب دبی افزایش می‏یابد. در یک قطر ثابت از مدل سرریزدریچه، به ازای افزایش بازشدگی دریچه، ضریب دبی کاهش می‏یابد. به ازای یک دبی و قطر ثابت، با افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه، تغییرات ضریب دبی روند کاهشی دارد. هم‎چنین مشاهده شد انحنای پروفیل سطح جریان با افزایش قطر مدل استوانه‏ای بیشتر می‏شود.

Numerical Investigation of Flow Characteristics and Discharge Coefficients on a Submerged Cylindrical WeirGate by Using Computational Dynamics

Combined structure of weir and gate due to the simultaneous flow of suspended material from on the overflow and material deposited in the flow of water from the valve section, provides better conditions compared to other structures used to measure the discharge in the channels. Nowadays, numerical solution methods without the need of laboratory equipment and the ability to calculate the desired parameters, with low time and cost is considered as one of the efficient methods of flow analysis. In this research, by using CFD and numerical solution method with FLOW3D software for different diameters of combined structure of weir and gate was simulated. Flow simulation was performed in a channel with 3 mm length, 0.4 mm width and 0.5 mm height. The models were studied in cylindrical diameter of 5, 7.5, 10 and 12.5 cm, and for openings gates of 1, 2 and 3 cm. The flow was also simulated and studied for all models at 4 discharges of 12, 16, 20 and 22 lit/s. Comparing the discharge coefficient results with the dimensionless parameter of water depth upstream to water depth downstream of the overflowvalve combined model, it was observed that the numerical results obtained using the RNG turbulence model provide closer data to laboratory results. In the validation stage of numerical results with laboratory outputs of previous researches, the error percentage of the simulated model was calculated to be less than 5%, which indicates the acceptable accuracy of numerical modeling. The results showed that with increasing the flow, when the diameter and opening of the valve are fixed, the flow coefficient increases. At a constant diameter of the overflowvalve model, the flow coefficient decreases in exchange for increasing the valve opening. For a constant flow rate and diameter, changes in flow rate decrease with increasing valve opening height. It was also observed that the curvature of the flow surface profile increases with increasing diameter of the cylindrical model.