تاثیر هد انرژی و عرض کلیدهای ورودی و خروجی بر ضریب دبی سرریز کلید پیانویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشدسازه های آبی،گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه رازی،کرمانشاه، ایران.

2 استادیارگروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی،دانشگاه رازی،کرمانشاه، ایران.

چکیده

سرریزهای کلید پیانویی نوعی از سرریزهای غیرخطی است که دبی در واحد عرض بیشتری نسبت به سایر سرریزها دارد و در مناطقی که تکیه گاه سد اجازه احداث سرریز با طول زیاد را نمی دهد، می‌توان استفاده کرد. این نوع سرریز اخیرا در مخازن سدها مورد استفاده قرار گرفته و به همین دلیل هنوز بررسی جامع روی این نوع سرریز صورت نگرفته است. در این تحقیق، ابتدا با استفاده از مدل عددی فلوتردی جریان عبوری از سرریز کلید پیانویی شبیه‌سازی و نتایج مدل با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شد. در صورتی که در مدل فلوتردی برای جداسازی معادله اندازه حرکت از شمای second order و مدل آشفتگی k-ε RNG استفاده شود، دقت شبیه سازی جریان عبوری از سرریز بیشتر می‌شود. همچنین در این پژوهش تاثیر هد انرژی و نسبت عرض کلیدهای ورودی به خروجی بر ضریب دبی سرریز با استفاده از مدل عددی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دارد، افزایش نسبت He/P باعث کاهش ضریب دبی می‌شود. به طوری‌که ضریب دبی برای He/P=0.92 حدود 50 درصد نسبت به He/P=0.24 کاهش می یابد. با افزایش عمق آب روی سرریز، تداخل جریان در محل شکستگی سیکل‌های سرریز صورت می‌گیرد و در نتیجه ضریب دبی کاهش می‌یابد. یکی دیگر از عوامل موثر بر ضریب دبی سرریز کلید پیانویی نسبت عرض کلید ورودی به خروجی است. با افزایش نسبت عرض کلید ورودی به کلید خروجی ضریب دبی افزایش یافته و سپس در Wi/Wo برابر 5/1 حداکثر می‌شود. تاثیر نسبت Wi/Wo بر ضریب دبی با افزایش عمق آب روی تاج سرریز بیشتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


حیدرپور، منوچهر.، موسوی، سید فرهاد.، و روشنی زرمهری، علی‌رضا. (1385) بررسی سرریزهای چند وجهی با پلان مستطیلی و U شکل. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه صنعتی اصفهان، (3)10، 12-1. https://www.sid.ir/paper/440089/fa#downloadbottom
صفرزاده، اکبر.، و نوروزی، بهزاد. (1393). هیدرودینامیک سه بعدی سرریزهای کلید پیانویی انحنادار در پلان. نشریه هیدرولیک. (3)9، 79-61. https://doi.org/10.30482/JHYD.2014.10176
صفرزاده، اکبر. و خیاط رستمی، سیامک. (1394) ارزیابی آزمایشگاهی تأثیر ارتفاع بر هیدرولیک سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی مستغرق. نشریه علمی پژوهشی سد و نیروگاه برق آبی، (7)2، 12-1. https://doi.org/20.1001.1.23225882.1394.2.7.2.1
صفرزاده، اکبر.، خیاط رستمی، سیامک.، و خیاط رستمی، بابک. (1398) بررسی تاثیر هد آب بر نحوه توزیع دبی بر روی تاج و رفتار خطوط جریان در سرریز کلیدپیانویی نامتقارن. نشریه هیدرولیک. (1)14، 17-1. https://doi.org/10.30482/JHYD.2019.101685.1253
غریبوند، رامین.، حیدرنژاد، محمد.، کشکولی، حیدرعلی.، حسونی زاده، هوشنگ.، و کمان بدست، امیرعباس. (1399) بررسی عددی هیدرولیک جریان در سرریزهای کلیدپیانویی و زیگزاگی‌ذوزنقه‌ای. مجله علوم آب و خاک، (1)24، 56-45. https://doi.org/10.47176/jwss.24.1.38092
کریمی، محمد.، جلیلی قاضی زاده، محمد رضا.، صانعی، مجتبی.، و عطاری، جلال. (1399) بررسی آزمایشگاهی سرریز کلید پیانویی جانبی با کلیدهای مورب. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، (7)52، 1684-1671. https://doi.org/10.22060/CEEJ.2019.15599.5970
Anderson, R. M. (2011). Piano key weir head discharge relationships. M.S. thesis, Utah State Univercity.
Anderson, R.M., & Tullis, B.P. (2012). Comparison of piano key and rectangular labyrinth weir. Journal of Hydraulic Engineering, 138, 358- 361. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000509
Bremer, F.L., & Oertel, M. (2017). Numerical investigation of wall thickness influence on Piano Key Weir discharge coefficients: A preliminary study. Labyrinth and Piano Key Weirs III, CRC Press, London. https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.1201/9781315169064-14
Chahartaghi, M.K., Nazari, S., & Mahmoodian Shooshtari, M. (2019). Experimental and numerical simulation of arced trapezoidal piano key weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 68, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2019.101576
Crookston, B. M., Anderson, R. M., & Tullis, B. P. (2018). Free-flow discharge estimation method for Piano Key weir geometries. Journal of Hydroenvironment Research. 19, 160-167. https://doi.org/10.1016/j.jher.2017.10.003
Dabling, M. R., & Tullis, B. P. (2012). Piano key weir submergence in channel application. Journal of Hydraulic Engineering, 138(7), 661-666. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000563
Falvey, H. T. (2003). Hydraulic design of labyrinth weirs. ASCE Press, USA. http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/61317/1/1081.pdf
Flow Science, Inc. (2014). FLOW-3D user’s manual version 11.0. Santa Fe, Mexico. https://www.flow3d.com/wp-content/uploads/2020/10/FLOW-3D_HYDRO_installation_instructions.pdf
Gharibvand, R., Heidarnejad, M., Kashkouli, H.A., Hasoonizadeh, H., & Kamanbedast A. A. (2020). Numerical Analysis of Flow Hydraulic in Trapezoidal Labyrinths and Piano Key Weirs. Journal of Water and Soil Science, 24(1), 45-56. https://doi.org/10.47176/jwss.24.1.38092 [In Persian]
Heidarpoor, M., Mousavi, F., & Roshani-Zarmehri, R. (2006). Labyrinth weir with rectangular and U-shape plan-forms, Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources. 10(3), 1-11. https://www.sid.ir/paper/440089/fa#downloadbottom [In Persian]
Henderson, F. M. (1966). Open channel flow, Channel controls. MacMillan. United State of America. https://heidarpour.iut.ac.ir/sites/heidarpour.iut.ac.ir/files//u32/open-henderson.pdf
Karimi, M., Jalili-Ghazizadeh, M., saneie, M., & Attari, J. (2020). Experimental study of piano key side weir with oblique keys. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(7), 1671-1684. https://doi.org/10.22060/CEEJ.2019.15599.5970 [In Persian]
Machiels, O., Pirotton, M., Pierre, A., Dewals, B., & Erpicum, S. (2014). Experimental parametric study and design of Piano Key Weirs. Journal of Hydraulic Research. 52(3), 326-335. https://doi.org/10.1080/00221686.2013.875070
Ouamane, A., & Lempérière, F. (2006). Design of a new economic shape of weir. Proc. Int. Symp. Dams in the Societies of the 21st Century, Barcelona, Spain.                                  https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=3431226
Riberio, M., Pfister, M., Schleiss, A. J., & Boillat, J. L. (2012). Hydraulic design of A-type Piano key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50(4), 400-408. https://doi.org/10.1080/00221686.2012.695041
Safarzadeh, A & khayyatrostami, S. (2016) Laboratory evaluation of height effects on hydraulics of submerged piano key weirs. Journal of Iranian Dam and Hydroelectric Powerplant, 2(7), 1-12. https://doi.org/20.1001.1.23225882.1394.2.7.2.1 [In Persian]
Safarzadeh, A., & Noroozi, B. (2014) Three dimensional hydrodynamics of arced piano key spillways. Journal of Hydraulic, 9(3), 61-79. https://doi.org/10.30482/JHYD.2014.10176 [In Persian]
Safarzadeh, A., Khayat Rostami, S., & Khayat Rostami, B. (2019). Investigation on the effects of water head on discharge distribution and streamlines pattern over the Asymmetric Piano key weirs. Journal of Hydraulic, 14(1), 1-17. https://doi.org/10.30482/JHYD.2019.101685.1253 [In Persian]
Yousif, A.A. (2020) Experimental investigation on hydraulic performance of non-rectangular piano key weir (PKW). International Journal of Advanced Science and Technology, 29(8), 4467-4480. https://www.researchgate.net/publication/342550937
Anderson, R. M. (2011). Piano key weir head discharge relationships. M.S. thesis, Utah State Univercity.
Anderson, R.M., & Tullis, B.P. (2012). Comparison of piano key and rectangular labyrinth weir. Journal of Hydraulic Engineering, 138, 358- 361. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000509
Bremer, F.L., & Oertel, M. (2017). Numerical investigation of wall thickness influence on Piano Key Weir discharge coefficients: A preliminary study. Labyrinth and Piano Key Weirs III, CRC Press, London. https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.1201/9781315169064-14
Chahartaghi, M.K., Nazari, S., & Mahmoodian Shooshtari, M. (2019). Experimental and numerical simulation of arced trapezoidal piano key weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 68, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2019.101576
Crookston, B. M., Anderson, R. M., & Tullis, B. P. (2018). Free-flow discharge estimation method for Piano Key weir geometries. Journal of Hydroenvironment Research. 19, 160-167. https://doi.org/10.1016/j.jher.2017.10.003
Dabling, M. R., & Tullis, B. P. (2012). Piano key weir submergence in channel application. Journal of Hydraulic Engineering, 138(7), 661-666. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000563
Falvey, H. T. (2003). Hydraulic design of labyrinth weirs. ASCE Press, USA. http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/61317/1/1081.pdf
Flow Science, Inc. (2014). FLOW-3D user’s manual version 11.0. Santa Fe, Mexico. https://www.flow3d.com/wp-content/uploads/2020/10/FLOW-3D_HYDRO_installation_instructions.pdf
Gharibvand, R., Heidarnejad, M., Kashkouli, H.A., Hasoonizadeh, H., & Kamanbedast A. A. (2020). Numerical Analysis of Flow Hydraulic in Trapezoidal Labyrinths and Piano Key Weirs. Journal of Water and Soil Science, 24(1), 45-56. https://doi.org/10.47176/jwss.24.1.38092 [In Persian]
Heidarpoor, M., Mousavi, F., & Roshani-Zarmehri, R. (2006). Labyrinth weir with rectangular and U-shape plan-forms, Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources. 10(3), 1-11. https://www.sid.ir/paper/440089/fa#downloadbottom [In Persian]
Henderson, F. M. (1966). Open channel flow, Channel controls. MacMillan. United State of America. https://heidarpour.iut.ac.ir/sites/heidarpour.iut.ac.ir/files//u32/open-henderson.pdf
Karimi, M., Jalili-Ghazizadeh, M., saneie, M., & Attari, J. (2020). Experimental study of piano key side weir with oblique keys. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(7), 1671-1684. https://doi.org/10.22060/CEEJ.2019.15599.5970 [In Persian]
Machiels, O., Pirotton, M., Pierre, A., Dewals, B., & Erpicum, S. (2014). Experimental parametric study and design of Piano Key Weirs. Journal of Hydraulic Research. 52(3), 326-335. https://doi.org/10.1080/00221686.2013.875070
Ouamane, A., & Lempérière, F. (2006). Design of a new economic shape of weir. Proc. Int. Symp. Dams in the Societies of the 21st Century, Barcelona, Spain.                                  https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=3431226
Riberio, M., Pfister, M., Schleiss, A. J., & Boillat, J. L. (2012). Hydraulic design of A-type Piano key weirs. Journal of Hydraulic Research, 50(4), 400-408. https://doi.org/10.1080/00221686.2012.695041
Safarzadeh, A & khayyatrostami, S. (2016) Laboratory evaluation of height effects on hydraulics of submerged piano key weirs. Journal of Iranian Dam and Hydroelectric Powerplant, 2(7), 1-12. https://doi.org/20.1001.1.23225882.1394.2.7.2.1 [In Persian]
Safarzadeh, A., & Noroozi, B. (2014) Three dimensional hydrodynamics of arced piano key spillways. Journal of Hydraulic, 9(3), 61-79. https://doi.org/10.30482/JHYD.2014.10176 [In Persian]
Safarzadeh, A., Khayat Rostami, S., & Khayat Rostami, B. (2019). Investigation on the effects of water head on discharge distribution and streamlines pattern over the Asymmetric Piano key weirs. Journal of Hydraulic, 14(1), 1-17. https://doi.org/10.30482/JHYD.2019.101685.1253 [In Persian]
Yousif, A.A. (2020) Experimental investigation on hydraulic performance of non-rectangular piano key weir (PKW). International Journal of Advanced Science and Technology, 29(8), 4467-4480. https://www.researchgate.net/publication/342550937