مقاله بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری دارای ۱۷ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری :

Abstract

A morning glory spillway consists of three main parts, circular crest and vertical shaft with an elbow to the throat and horizontal or nearly horizontal tunnel. Based on the water surface elevation, there exist three types of flow control: flow control at the spillway crest, flow control at the shaft and flow control at the top of the sha tunnel. FLOW3D so ware used for numerical modeling and the results were compared with lab work, and good agreement were observed. discharge head graph for morning glory spillway is presented which shows that the discharge increases, flow regime is changed and in the case of complete submergence, significant changes in the head is observed with a small increase in flow rate. Well as reviews on the length of the vertical shaft, shows of a direct influence of this change on head the crown of the, So that the by increasing or decreasing the length of the shaft, more or less friction and at a known flow rate on the crown of the head is more or less will be.

Keywords: Morning Glory Spillway, Numerical Simulation, Flow Pattern, Geometric Change,

Flow3d

بررسی عددی تأثیر تغییرات ارتفاع شفت قائم بر الگوی جریان در سرریز نیلوفری

مجید احسانی۱، سید علی اکبر صالحی نیشابوری۲

-۱ تربیت مدرس

-۲ تربیت مدرس

Saeed.ehsaninoori@gmail.com

خلاصه

سرریزهای نیلوفری شامل سه قسمت اصلی تاج دایرهای، شفت قائم با یک زانویی که به گلوگاه معروف است و مجرای افقی یا تونلتقریباَ افقی

میباشد. رفتار جریان در سرریزهای نیلوفری با توجه به رقوم سطح آب دریاچه سد، به سه نوع کنترل جریان از تاج سرریز، کنترل جریان از شفت قائم و کنترل جریان در ابتدای تونل قابل دسته بندی است. در تحقیق حاضر برای مدلسازی عددی از نرم افزار FLOW3D استفاده شده

و نتایج با کار آزمایشگاهی مقایسه گردیده است، که نتایج تطابق مطلوبی را نشان میدهند. نمودار دبی – اشل برای سرریز نیلوفری ترسیم گردیده که نشان میدهد همچنانکه عمق آب روی سرریز نیلوفری افزایش مییابد، رژیم جریان نیز تغییر میکند و در حالت استغراق کامل با افزایش کم دبی، هد به میزان قابل توجهی زیاد میگردد. همچنین بررسی بر روی تغییر طول شفت قائم، از تأثیر مستقیم این تغییر بر روی هد روی تاج را نشان میدهد، بطوریکه با افزایش یا کاهش طول شفت، اصطکاک هم بیشتر یا کمتر شده و در یک دبی مشخص هد روی تاج نیز زیاد یا کم میگردد.

کلمات کلیدی: سرریز نیلوفری، مدلسازی عددی، رژیم جریان، تغییر هندسی، FLOW3D

۱ مقدمه

سرریزهای نیلوفری یکی از انواع رایج سرریزها برای تخلیه آب اضافی پشت سدها میباشند. این نوع از سرریزها بیشتر در مخازن سدهایی با دبی کم تا متوسط استفاده میشوند که معمولاً طراحی سرریزها برای سیلابهایی با دوره بازگشت ۱۰۰۰ ساله و کنترل طراحی با دوره بازگشت ۱۰۰۰۰ ساله انجام میشود. سرریزهای نیلوفری در درههای تنگ و باریک که تکیه گاهها بصورت پلکانی

۱دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی تربیت مدرس
۲استاد هیدرولیک تربیت مدرس

بالا میروند و محدودیت مکانی برای ساخت دیگر سرریزها وجود دارد، بسیار مؤثر هستند. مهمترین مزیت سرریزهای نیلوفری کاهش هزینههای ساخت آن با استفاده از تونل انحرافی احداث شده در زمان ساخت سد به عنوان تونل افقی میباشد. همچنین در سدهای خاکی استفاده از این نوع سرریز در مخزن و جدای از بدنه سد موجب کاهش احتمال خطر آبشتگی و اشباع شدن پوسته پایین دست سد میگردد.

سرریز نیلوفری سه قسمت اصلی دارد: تاج ورودی فنجانی شکل، مجرای قائم و مجرای انحراف تقریبا افقی (شکل(۱

شکل-۱ طرح کلی سرریز نیلوفری

در سال ۱۹۵۴ بردلی۳ تحقیق گسترده ای بر روی سرریزهای نیلوفری در حال بهره برداری در کشورهای مختلف انجام داد. تا آن تاریختقریباً ۳۰ سرریز نیلوفری ساخته شده یا در دست ساخت بود که بردلی، ۱۶ سرریز ساخته شده را بررسی نمود.[۱] یکی از کامل ترین تحقیقات انجام گرفته در مورد سرریزهای نیلوفری آزمایشات واگنر۴ در سال ۱۹۵۴ است. در این آزمایشات از یک سرریز مدل لبه تیز دایره ای استفاده شد. ضرایب تخلیه۵ و شکل پروفیل جریان ورودی (سطح آزاد رو و زیر جریان) در وضعیت هوادهی کامل برای سه عمق نزدیکی۲۰ ۶، ۳ و ۱/۵ اینچ اندازه گیری شده است.[۲] گابریس۷ و دگت۸ در سال ۱۹۷۴ به بررسی جریان ورودی به یک تخلیه کننده قائم پرداختند. هدف ایشان به دست آوردن یک مدل کلی برای سیستم های هیدرولیکی شبیه به هم بود که در آن ها مسئله گرداب همراه با ورود هوا، بر کارایی و میزان تخلیه سیستم تأثیرگذار باشد. آنها توجه خود را به دو عامل لزجت و کشش سطحی معطوف کرده و بیان مینمایند که این دو عامل به ترتیب بر شکل چرخش و جاذبه ثقلی در پدیده گرداب تأثیر میگذارند.[۳] پینوتی در سال ۲۰۰۸ به بررسی مدل فیزیکی سرریز نیلوفری مخزن ذخیره والنوسی۹ پرداخت. هدف

۳ J. N. Bradly 4 W.E.Wagner 5 Discharge coefficient 6 Approach depth 7 Gabris 8 Dagget 9 Val Noci

از این بررسی ارزیابی رفتار هیدرولیکی سرریز نیلوفری والنوسی و بهبود کارایی و امنیت آن بود.[۴] فریرا فیس۱۰ درسال ۲۰۰۸ با یک کار آزمایشگاهی به آنالیز منحنی کنترل جریان در شفت قائم و ورودی سرریز نیلوفری پرداخت و معادلاتی برای تصحیح ضریب دبی در منحنی دبی – هد ارائه کرد.[ ۵]حسینی و عالمی در سال ۱۳۸۹ در مقاله ای سعی کردند عملکرد هیدرولیکی سرریزهای نیلوفری و اوجی را بوسیله مدلسازی عددی مورد بررسی قرار دهند. ایشان به کمک مدل عددی پارامترهای جریان، مانند پروفیل سطح آب و توزیع فشار را تعیین کردند و با اطلاعات الگوهای طراحی USBR و USACE مقایسه نمودند.[۶]

یوسفوند و باقری در سال ۱۳۹۱ با بررسی آزمایشگاهی تاثیر شعاع قوس زانویی بر هیدرولیک جریان سرریزهای نیلوفری چنین استنباط نموند که با افزایش مقدار شعاع زانویی در سرریز نیلوفری ضریب تخلیه دبی جریان افزایش مییابد، ولی با افزایش عمق استغراق ضریب تخلیه دبی جریان کاهش مییابد.[۷] رمضانی در سال ۱۳۹۲، تاثیرات قطر تاج سرریز و عمق تقرب بر روی میدان جریان را به صورت عددی مورد آزمون و ارزیابی قرار داد. ابتدا به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای هیدرولیکی سرریز نیلوفری سد البرز، ۲۶ آزمون برای جریانهای مختلف ورودی که هر سه رژیم جریان حاکم بر سرریز نیلوفری را پوشش میدهند، صورت گرفت و نشان داد که میزان آبگذری علاوه بر هندسه تاج سرریز، به محل قرارگیری این سرریز در داخل مخزن نسبت به تاج سد، هد آب، سرعت ورودی جریان در داخل تاج و گرداب شکنها، به قطر تاج سرریز و عمق تقرب هم بستگی دارد.[۸]

براساس تحقیقات گذشته، رفتار جریان در سرریزهای نیلوفری با توجه به رقوم سطح آب دریاچه سد، به سه نوع قابل دسته بندی است : کنترل جریان از تاج سرریز، کنترل جریان در شفت و کنترل جریان در ابتدای تونل در حالت تحت فشار. سرریز نیلوفری ممکن است بصورت سطح آزاد۱۱ و یا بصورت مستغرق۱۲ طراحی شود. در رقوم پایین سطح آب دریاچه، رفتار جریان در سرریز نیلوفری تابع دبی عبوری از تاج سرریز میباشد. در این حالت شفت قائم بصورت نیمه پر عمل نموده و جریان به دیواره شفت و زانویی برخورد میکند. آزمایشات نشان میدهد که تا زمانیکه نسبت H0 بر RS کوچکتر از ۰,۴۵ باشد، (که در آن H0

ارتفاع آب روی سرریز و RS شعاع تاج سرریز میباشد) کنترل در سرریز است و با افزایش مقدار این نسبت، استغراق بیشتر می شود، زمانیکه این نسبت به مقدار واحد برسد، سرریز کاملا مستغرق خواهد بود که از این مرحله به بعد کنترل در روزنه خواهد بود.[۹]

حالت های مختلف جریان در سرریز نیلوفری در شکل ۲ نشان داده شده است. همانطور که نمودار نشان می دهد، حالت اول کنترل تاج۱۳ دبی جریان از نقطه a تا g، در حالت دوم کنترل روزنه۱۴، دبی از g تا h و در حالت سوم کنترل مجرا۱۵

دبی از نقطه h به بالا خواهد بود.

۱۰ Ferreira Fais 11 Free Flow 12 Submerged Flow 13 Crest control 14 Tube control 15 Conduit control

در حالت سطح آزاد، رفتار سرریز نیلوفری مانند سرریز مستقیم معمولی است و مقدار دبی عبوری با ارتفاع آب روی آن نسبت ۱/۵ دارد.

(۱)

از طرف دیگر در حالت مستغرق، شرایط جریان کاملا متفاوت است، تغییرات دبی با ریشه دوم عمق روی سرریز نسبت دارد.

(۲)

درنتیجه با توجه به توضیحات ارائه شده، از آنجاییکه طراحی سرریز نیلوفری در هر یک از این دو حالت متفاوت است، تبیین و ارائه نمودار دبی-هد برای سرریزهای نیلوفری کاملا مفید و الزامی میباشد. از طرف دیگر، دانستن این نکته که تغییر در شرایط هندسی سرریز نیلوفری، چگونه بر روی روند جریان در این سرریز اثر میگذارد، میتواند برای طراحی سرریز نیلوفری راهگشا و مفید باشد. به همین منظور در مطالعه حاضر سعی شده، نمودار دبی – هد برای سرریز نیلوفری البرز ارائه گردد و تاثیر تغییر ارتفاع شفت قائم بر روی روند عبور جریان مورد بررسی قرار گیرد.

شکل-۲ حالت های مختلف جریان در سرریز نیلوفری

۲ مواد و روش ها