رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
نشریه علمی

بررسی عددی استهلاک انرژی در سرریزهای کلیدپیانویی بافل دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

علی ایرانپور 1
اصلان اگدرنژاد 2
محمد حیدرنژاد 3

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

2 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

3 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

https://doi.org/10.22034/nawee.2024.451817.1069
چکیده
بارش‌های شدید فصلی در مخازن سدها موجب پدیدار شدن سیل‌های عظیم و در پی آن تخریب سدها خواهد شد. یکی از راه‌های کنترل این بارش‌ها استفاده از سرریزهایی با طول موثر بیشتر، همانند سرریزهای کلیدپیانویی می‌باشد. در همین راستا در پژوهش حاضر با استفاده از نرم‌افزار Flow3D اقدام به شبیه‌سازی این سازه‌ها نمودیم. برای این کار از سه بافل مکعبی، دایره‌ای و پنج ضلعی که با آرایش خطی روی سرریز قرار گرفته بودند، استفاده شد. نتایج به‌دست آمده حاکی از آن است که با افزایش ارتفاع بافل‌ها اتلاف انرژی هم افزایش می‌یابد. بیشترین مقدار افت با افزایش yc/H، به‌ترتیب در بافل مکعبی، دایره‌ای و پنج ضلعی اتفاق افتاد. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل‌ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد. به‌طور کلی بیشترین مقدار افت مربوط به بافل مکعبی به مقدار ۶۵/۰=ΔEr بود. با افزایش عدد وبر میزان افت انرژی هم کاهش پیدا می‌کند. در شرایط یکسان تفاوت در شکل و ارتفاع بافل‌ها موجب تفاوت در میزان استهلاک انرژی شد.

کلیدواژه‌ها

Flow3D
افت انرژی
سرریز پلکانی
عدد وبر

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Energy Dissipation in Baffled Piano Key Weirs

نویسندگان English

Ali Iranpour 1
Aslan Egdernezhad 2
Mohammad Heidarnejad 3
1 1M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2 Assistant professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
3 Associate professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده English

This test was done in the hydraulic laboratory of Khuzestan Water and Electricity Organization. The flume used had a rectangular cross-section with a length of 7 meters and a width of 0.6 meters. The walls of the flume were 10 mm thick and made of glass. In this experiment, 10 flow rates (from 10 to 50 liters per second) were used in free flow mode in the flume. Three piano keyboard overflows with different baffles were used. Baffles were circular, pentagonal and cubic. The overflows were made of transparent plexiglass with a thickness of 5 mm. The numerical model of Flow3D software was used to check the amount of energy consumption and compare the baffles. The highest energy loss with increasing yc/H occurred in cubic, circular and pentagonal baffles, respectively. The highest energy loss with increasing yc/H is in cubic, circular and pentagonal baffles, respectively. The energy loss in cubic, circular and pentagonal baffles was 0.65, 0.62 and 0.61, respectively. Therefore, the best result happened in the cubic baffle. By changing the height of the baffles, it was observed that the highest energy loss was measured at a height of 2 cm and the lowest value was measured at a height of 1 cm. It is recommended to use cubic baffles for more energy loss in piano key overflows. The best shape and dimensions of the baffle for this work are cubic and 2 * 2 cm.

کلیدواژه‌ها English

Flow3D
energy loss
stair weirs
Weber number
روشنگر، ک.، و اخگر، س.(1400). بررسی عددی و آزمایشگاهی تأثیر المان‌های گوه‌ای شکل بر پارامترهای هیدرولیکی و استهلاک انرژی روی سرریز پلکانی در جریان رویه‌ای. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. 53(1)، 185- 200.
روشنگر، ک.، ماجدی اصل، م.، اعلمی، م.ت.، و شیری، ج. (1397). ارزیابی تأثیر تغییرات زاویه سیکل قوسی بر ضریب دبی سرریزهای کنگرهای قوسی و کلید پیانویی قوسی. تحقیقات آب و خاک ایران. 49(2)، 341-351.
قادری، ا.، و عباسی، س.(1398). بررسی عددی عملکرد سرریزهای پلکانی- کنگره‌ای روی استهلاک انرژی جریان‌های غیرریزشی. انجمن هیدرولیک ایران. نشریه هیدرولیک. 14(3)، 16.
قنواتی، م.، سجادی، س.م.، و احدیان، ج.(1398). اثر ارتفاع و فاصله اولین زبری در استهلاک انرژی سرریزهای کلیدپیانویی. علوم مهندسی و آبیاری (مجله علمی کشاورزی)، 42(2)، 17-31.
کمایی عباسی، ب.، خداشناس، س.ر.، و حیدرنژاد، م.(1398). بررسی آزمایشگاهی ضریب شدت جریان در سرریزهای کلیدپیانویی دو سیکل. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 13(1)، 10-20.
یارمحمدی، ب.، و احدیان، ج.(1398). بررسی آزمایشگاهی اثر دیواره سپری پیوسته و ناپیوسته در جریان عبوری از سرریزهای کلیدپیانویی. مجله پژوهش آب ایران. 13(2)، 33-41.
فرهادی، ه.، کرمی مقدم، م.، سبزواری، ت.، و نوروزپور، ش.(1402). بررسی اتلاف نسبی انرژی سرریزهای کلید پیانوی ذوزنقه‌ای و قوسی مجهز به بافل. تأمین آب، 23(1)، 80
Eslinger, K.R. Crookston, B.M., 2020. Energy Dissipation of Type a Piano Key Weirs. Water, 12(1), 1253. https://doi.org/10.3390/w12051253.
Farhadi, H., Karami Moghadam, M., Sabzevari, T. and Noroozpour, Sh., 2023. Study of relative energy dissipation of trapezoidal arced piano key weirs equipped with baffles. Water Supply, 23(1), 80. https://doi.org/10.2166/ws.2022.427. (In Persian).
Ghaderi, A. Abbasi, S., 2019. Numerical Investigation of Labyrinth Stepped Spillways Performance on Energy Dissipation of Skimming Flow. Iranian Hydraulic Association Journal of Hydraulics, 14(3), 16. https://doi.org/10.30482/jhyd.2019.135883.1303. (In Persian).
Hien, T.C.; Son, H.T. Khanh, M.H.T., 2006. Results of some piano keys weir hydraulic model tests in Vietnam. In: Proceedings of the 22nd Congress of ICOLD, Barcelona, Spain.
Ho Ta Khanh, M., Sy Quat. D., Xuan Thuy, D., 2011. PK weirs under design and construction in Vietnam (2010). Labyrinth and piano key weirs-PKW 2011, 225–232. London, CRC Press.
Kamaei abbasi, B., Khodashenas, S.R., Heidarnejad, M., 2018. Experimental study of Discharge Coefficient in Two-Cycle Piano Key Weirs. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 13(1), 10–20. Doi: 20.1001.1.20087942.1398.13.1.2.8. (In Persian).
Lempe´rie`re F., 2009. New Labyrinth weirs triple the spillways discharge. http://hydrocoop.org.
Lempérière, F., 2017. Dams Floods. Engineering, 3(1), 144–149. https://doi.org/10.1016/J.ENG.2017.01.018.
Lempérière, F. Ouamane, A., 2003. The piano keys weir: A new cost-effective solution for spillways. International Journal on Hydropower and Dams, (5), 144–149.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B., Pirotton, M., 2013. Parapet wall effect on piano key weir efficiency. J Irrig Drain Eng., 139(6): 506–511.
Merkel, J. Belzner, F., Gebhardt, M., Thorenz, C., 2018. Energy Dissipation Downstream of Labyrinth Weirs. 7th International Symposium on Hydraulic Structures. Aachen, Germany. https://doi.org/10.15142/T32D2V.
Qanavati, M., Sajjadi, S.M. Ahadiyan, J., 2019.The Effect of Height and First Roughness Distance on Energy Dissipation in Piano Key Weirs. Irrigation Sciences and Engineering (JISE), 42(2), 17–13. Sid. https://sid.ir/paper/217075/fa. (In Persian).
Ribeiro, M, L., Pfister, M., Schleiss, A, J., 2013. Overview of Piano Key weir prototypes and scientific model investigations. Labyrinth and Piano Key Weirs II, 273.
Roshangar, K., Majedi Asl, M., Taghi Alami, M. Shiri, J., 2017. Evaluating the effect of arc cycle angle changes on the discharge coefficient of arched concourse overflows and arched piano key. Iran water and soil research, 49(2), 341–351. https://doi.org/10/22059/ijswr.2018.231028.667658.
Roushangar, K. Akhgar, S., 2021. Numerical and Experimental Study of Wedge Elements Influence on Hydraulic Parameters and Energy Dissipation over Stepped Spillway in Skimming Flow Regime. Amirkabir Journal of Civil Engineering, 53(1), 41–44. https://doi.org/10.22060/ceej.2018.14587.5689. (In Persian)
Roushangar. K., Alami, M.T., Shiri, J. Majedi Asl, M., 2018. Evaluation Effect of Changing the Cycle Arc Angle on Discharge Coefficient of Arced Labyrinth and Arced Piano Key Weirs. Iranian journal of soil and water research. 49(2), 241–351. https://doi.org/10.22059/IJSWR.2018.231028.667658 (In Persian)
Safarzadeh, A. Noroozi, B., 2016. 3D Hydrodynamics of Trapezoidal Piano Key Spillways. International Journal of Civil Engineering. Published online. https://doi.org/10.1007/s40999-016-0100-8.
Silverstri, A., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B., Pirotton, M. 2013. Stepped spillway downstream of a Piano Key weir—Critical length of uniform flow. In: International Workshop on Hydraulic Structures, 99–107. Bundesanstalt fur, Wasserbau, Karlsruhe, Germany.
Singh, D. Kumar, M., 2022. Hydraulic Design Analysis of Piano Key Weirs: A Review. Arabian Journal for Science and Engineering. Published online. https://doi.org/10.1007/s13369-021-06370-4.
Tiwaria, H. Sharma, N., 2015. Developments to improve hydraulic competence of spillways. Interanational Conference On Water Resources, Coastal And Ocean Engineering, 4, 841–846.
Yarmohammadi, B. Ahadiyan, J., 2019. Experimental study of continues and discontinues parapet walls on piano key weir flow. Iranian water research journal, 13(2), 33–41. https://sid.ir/paper/159716/fa (In Persian)
رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست
دوره 3، شماره 1
فروردین 1403
صفحه 55-70

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما