بررسی کارایی هیدرولیکی سرریز کنگره‌ای با استفاده از روش عددی flow3d

سرریزها در مدیریت سیلاب‌ها و ایمنی سدها نقش حیاتی ایفا می‌کنند و بخش عمده‌ای از هزینه‌های ساخت سدها را به خود اختصاص می‌دهند. انتخاب سیلاب‌های با دوره‌های بازگشت بلندمدت برای طراحی سیلاب از اهمیت زیادی برخوردار است، اما در برخی موارد افزایش ظرفیت سرریز از طریق افزایش عرض آن به‌دلیل محدودیت‌های توپوگرافی غیرممکن است. یکی از راهکارهای افزایش ظرفیت آبگذری سرریزها، استفاده از سرریزهای کنگره‌ای است که با افزایش طول موثر تاج سرریز در یک عرض معین، امکان عبور دبی بیشتری را با حفظ بار هیدرولیکی مشابه فراهم می‌آورد. در این پژوهش، عملکرد هیدرولیکی سرریز کنگره‌ای با استفاده از مدل عددی flow3d و داده‌های آزمایشگاهی بررسی شده است. ازآنجاکه انجام مطالعه‌های آزمایشگاهی معمولاً نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است، استفاده از شبیه‌سازی‌های عددی به‌منظور دستیابی به نتایج دقیق‌تر و قابل ‌اعتمادتر برای ارزیابی رفتار هیدرولیکی سرریز کنگره‌ای در اولویت قرار دارد. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که نرم‌افزارflow3d  با استفاده از پارامتر‌های آماریr2، dc و rmse به‌ترتیب برابر است با (0/9805، 0/9725 و 0/0142) که قادر است جریان عبوری از سرریزها را با دقت زیاد مدل‌سازی کند. مقادیر به‌دست‌آمده ضریب دبی در flow3d تطابق بسیار خوبی با داده‌های آزمایشگاهی کروکستون دارد و هم‌راستایی تقریبی این نتایج نشان‌دهنده دقت زیاد مدل عددی است. علاوه بر این در مقایسه با دبی‌های مختلف، برای نمونه خطای نسبی محاسباتی مشاهده‌ شده برای دبی‌های 0/35، 0/6 و 0/44 (مترمکعب بر ثانیه) تقریباً 0/5 درصد محاسبه شده است، درحالی‌که برای دبی‌های 0/3، 0/4 و 0/57 به‌ترتیب خطاهایی معادل 8، 6 و 4 درصد مشاهده شد. نتایج نشان می‌دهد که این ابزارها می‌توانند در تحلیل‌های هیدرولیکی دقیق و بهینه‌سازی طراحی سرریزها، سیستم‌های آبیاری و پدیده‌های دینامیک سیالاتی به‌طور موثری استفاده شوند.

investigating the hydraulic efficiency of the labyrinth weir using the flow3d numerical method

weirs play a crucial role in flood management and dam safety, accounting for a significant portion of the construction costs of dams. the selection of floods with long return periods for flood design is of utmost importance. however, in some cases, increasing the weir capacity by widening it may be impossible due to topographical limitations. one solution to enhance the flow capacity of weirs is the application of labyrinth weirs. these weirs increase the effective length of the weir crest within a given width, allowing for the passage of higher flow rates while maintaining similar hydraulic conditions. in this study, the hydraulic performance of labyrinth weirs is investigated using the flow3d numerical model and laboratory data. since laboratory experiments are time-consuming and costly, employing numerical simulations to achieve more accurate and reliable results for evaluating the hydraulic behavior of labyrinth weirs is prioritized. the results of the simulations indicate that the flow3d software, utilizing statistical parameters such as r², dc, and rmse, achieves values of (0.9805, 0.9725, and 0.0142), respectively. this demonstrates its capability to model the flow passing through weirs with high accuracy. the obtained values of the discharge coefficient in flow3d show a high agreement with the laboratory data from crookston. the approximate alignment of these results indicates the high accuracy of the numerical model. additionally, in comparison to different discharges, the relative computational error observed for flow rates of 0.35, 0.6, and 0.44 (cubic meters per second) was approximately 0.5 percent, while for flow rates of 0.3, 0.4, and 0.57, the corresponding errors were 8, 6, and 4 percent, respectively. the results indicate that these tools can be effectively utilized in precise hydraulic analyses and the optimization of weir designs, irrigation systems, and fluid dynamics phenomena.