تاثیر اصلاح فرم هندسی پله‌های سرریز پلکانی بر پارامتر‌های هیدرولیکی و استهلاک انرژی جریان

سرریزهای پلکانی یکی از سازه های متداول به منظور استهلاک انرژی بوده که از طریق پله ها با ایجاد آشفتگی و مقاومت اصطکاکی بیشتر در برابر جریان، استهلاک انرژی در طول سازه را افزایش می دهد. در این تحقیق، با انجام یکسری آزمایشات، تاثیر اصلاح فرم پله ها با اعمال همزمان المان هایی بر روی پله و لبه آن بر روی الگوی جریان، نقطه شروع هوادهی بر روی سرریز، مشخصات پرش هیدرولیکی در پایین دست و میزان استهلاک انرژی جریان عبوری از مدل های سرریز مورد ارزیابی قرار گرفت. المان های لبه بصورت ممتد و برش خورده و المان های روی پله در آرایش های مختلف روی پله قرار گرفتند و نتایج با حالت سرریز پلکانی ساده مقایسه شدند. در نهایت با اعمال این المان ها بر روی یکی از سرریز های مورد بهره برداری شده، تاثیر اصلاح پله ها بر مشخصه جریان ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که بکارگیری همزمان المان های روی پله و لبه باعث برخی تلاطم و نوسانات بر روی سطح جریان شده اما بر روی رژیم جریان تاثیر چندانی ندارد. اختلاط جریان پس از برخورد با موانع بر روی نقطه شروع هوادهی تاثیر می گذارد و باعث انتقال محل نقطه شروع هوادهی به بالادست سرریز پلکانی می شود. اصلاح پله ها باعث کاهش عمق ثانویه و طول پرش به ترتیب 26.29 و 34.24 درصد و افزایش 14.38 درصدی در میزان اصلاح انرژی جریان می گردد. تاثیر المان های الحاقی در عملکرد مدل های اصلاحی در دبی های پایین بیشتر است. اصلاح پله های سرریز پلکانی سیاه بیشه بالا با الحاق المان ها بر روی پله و لبه آن باعث کاهش 9.8 درصدی سرعت جریان در پایین دست سرریز، افزایش 63 درصدی انرژی آشفته و افزایش 11.32 درصدی در میزان استهلاک انرژی جریان می گردد.

the effects of modifying the geometric shapes of steps in stepped spillway on hydraulic parameters and energy dissipation

stepped spillways are a common structure for energy dissipation since they create turbulence and frictional resistance to flow through the steps, which increases energy dissipation along the structure. in this study, by performing a series of tests, the effect of modifying the shape of steps by simultaneously applying elements on the steps and their edge on the flow pattern, inception point on the spillway, hydraulic jump characteristics in the downstream, and energy dissipation were investigated. the pool edge elements were of two types (height and notch), and the elements placed on the steps were different arrangements. their results were compared to the flat stepped spillway. finally, by applying these elements on an operational spillway, the effect of step modifications on the flow characteristic was evaluated. the results showed that the simultaneous application of elements on the steps and the edge caused some turbulence and instabilities on the flow surface with fluctuations and had little effect on the flow regime. turbulence flow due to colliding with elements affects the inception point, causing it to be transferred upstream of the stepped spillway. step modification reduces the sequent depth and jump length by 26.29 and 34.24%, respectively, and increases the energy dissipation rate by 14.38%. the effect of additional elements on the performance of the stepped spillway is high at low discharges. modification of siahbisheh stepped spillway by applying elements on the steps reduces the flow velocity by 9.8% downstream of the spillway, increases turbulent kinetic energy (tke) by 63%, and enhances the energy dissipation rate by 11.32%.