بررسی تئوری و عددی ضریب‌دبی دریچه‌های کشویی و قطاعی در شرایط کاربرد آستانه

دریچه‌های زیرگذر سازه‌هایی هستند که در آن‌ها حرکت آب از زیر دریچه صورت می‌پذیرد. هدف از تحقیق حاضر، بررسی عددی تاثیر وجود آستانه‌ بر مشخصات هیدرولیکی جریان در دریچه‌های کشویی و قطاعی با استفاده از نرم‌افزار flow 3d است. بدین منظور، آستانه‌ با مشخصات هندسی مختلف در عرض‌، ضخامت و ارتفاع مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که شاخص‌های آماری در مدل آشفتگی rng در مقایسه با مدل‌های k ε، k ω و les از دقت بالایی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی برخوردار است. شاخص rmse در مدل آشفتگی rng برای عمق آب بالادست دریچه و ضریب‌دبی به‌ترتیب 0.0079 متر و 0.0117 بوده و میانگین درصد خطای نسبی برای این پارامترها به‌ترتیب 2.94% و 1.60 % می‌باشد. شاخص کلینگ گوپتا (kge) برای مش‌بهینه و مدل آشفتگی مذکور در بازه بسیار خوب (very good) قرار دارد. در یک بازشدگی یکسان در حالت بدون آستانه و با آستانه هم‌عرض کانال، ضریب‌دبی با آستانه، بیشتر از حالت بدون آستانه است. در بین آستانه‌های بررسی شده میزان ضریب‌دبی در آستانه نیم‌دایره بیشتر از آستانه مستطیلی است. همچنین ضریب‌دبی دریچه قطاعی در حالت بدون آستانه و با آستانه بیشتر از دریچه کشویی در حالت متناظر است. نتایج نشان داد که افزایش ضخامت آستانه منجر به افزایش تنش برشی جریان شده و به‌تبع آن ضریب‌دبی کاهش می‌یابد. ضریب‌دبی دریچه با ارتفاع‌های مختلف آستانه همواره بیشتر از شرایط بدون آستانه می‌باشد اما به‌ازای نسبت ثابت پارامتر عمق بالای آستانه به میزان بازشدگی، ضریب‌دبی با افزایش ارتفاع آستانه تا حد مشخصی افزایش و سپس کاهش می‌یابد.

theoretical and numerical investigation of the sluice and radial gates discharge coefficient in the conditions of sill application

underpass gates are structures in which water moves through the gate. the purpose of this research is to investigate the effect of the sill on the hydraulic characteristics of flow in sluice and radial gates numerically using flow 3d software. for this aim, sills with different geometric characteristics in width, thickness, and height were investigated. the results showed that the statistical indicators in the rng turbulence model have high accuracy compared to the k ε, k ω, and les models in comparison with the experimental results. the rmse in the rng turbulence model for the upstream water depth and the discharge coefficient are 0.0079 m and 0.0117 m, respectively, and the average percentage relative error for these parameters is 2.94% and 1.60%, respectively. the kling gupta efficiency (kge) for the optimal mesh and mentioned turbulence model is in the very good range. in the same opening in the case without and with a suppressed, the discharge coefficient with the sill is higher than without the sill. among the investigated sills, the discharge coefficient in the semi circular sill is higher than in the rectangular sill. also, the discharge coefficient of the radial gate in the without and with a sill is higher than the sluice gate in the corresponding state. the results showed that the increase in the thickness of the sill leads to an increase in the shear stress of the flow and consequently the discharge coefficient decreases. the discharge coefficient of the gate with different heights of the sill is always higher than the one without the sill, but due to the constant ratio of the depth parameter above the sill to the opening, the discharge coefficient increases with the increase of the height of the sill up to a certain level and then decreases.