تحلیل عددی هیدرولیک جریان در سیستم کالورت-سرریز تاج‌دایره‌ای همراه با دریچه
محورهای موضوعی : تحلیل، طراحی و ساخت سازه های آبیدنیا حیدری 1 , الهام ایزدی نیا 2
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد،گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.
2 - استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید اشرفی اصفهانی، اصفهان، ایران.
کلید واژه: سرریز دایره‌ای, دینامیک سیالات محاسباتی(CFD), کالورت- سرریز ترکیبی, هیدرولیک جریان, شبیه‌سازی عددی,
چکیده مقاله :
سرریزها نقشی حیاتی در پروژه‌های مهندسی آب دارند و به مدیریت جریان‌های سطحی کمک می‌کنند. یکی از انواع پرکاربرد این سازه‌ها، سرریز با تاج‌دایره‌ای است که به دلیل طراحی ساده و توانایی بالا در عبور جریان، در بسیاری از پروژه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش، هدف اصلی بررسی ویژگی‌های هیدرولیکی جریان در سیستم کالورت- سرریز با تاج‌دایره‌ای و تحلیل تأثیر پارامترهای کلیدی مانند شعاع تاج و بازشدگی دریچه بر ضریب دبی است. به این منظور، پروفیل‌های سرعت، سطح آب، و سایر پارامترهای جریان به عنوان متغیرهای اصلی تحلیل شده‌اند. مدل‌های مختلف سیستم کالورت- سرریز با تاج‌دایره‌ای در نرم‌افزار گمبیت طراحی و شبکه‌بندی شده و سپس به نرم‌افزار فلوئنت منتقل شده‌اند تا شبیه‌سازی‌های دقیق دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) صورت گیرد. در این مطالعه، ضریب دبی تاج سرریز، دریچه، و کل سازه سرریز برای مقادیر مختلف بار آبی و پارامترهای متغیر محاسبه و مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که ضریب دبی تاج سرریز در حضور دریچه بیشتر از حالت بدون دریچه بوده و با کاهش شعاع تاج و افزایش بازشدگی دریچه، ضریب دبی افزایش می‌یابد. همچنین، مقایسه نتایج شبیه‌سازی‌های عددی با داده‌های آزمایشگاهی معتبر نشان‌دهنده مطابقت قابل‌قبول و دقت بالای مدل‌سازی عددی است. این تحقیق تلاش دارد تا با ارائه داده‌های دقیق و تحلیل‌های کاربردی، راهکارهایی برای بهبود طراحی و عملکرد سازه‌های آبی ترکیبی ارائه دهد
Weirs are essential components in water engineering projects, effectively managing surface flows. Among these structures, circular-crested weirs are particularly popular due to their simple design and high flow capacity. This study primarily focuses on investigating the hydraulic characteristics of flow in a culvert-weir system with a circular crest and analyzing the effects of critical parameters such as crest radius and gate opening on the discharge coefficient. For this purpose, velocity profiles, water surface levels, and other flow parameters were analyzed as the main variables. Various models of the culvert-weir system with circular crests were designed and meshed using Gambit software, then imported to Fluent software for detailed computational fluid dynamics (CFD) simulations. The discharge coefficients of the weir crest, gate, and the entire structure were calculated and compared under different water load conditions and independent parameters. The results indicate that the discharge coefficient of the weir crest is higher when a gate is present compared to a gate-free condition. Furthermore, the discharge coefficient increases as the crest radius decreases and the gate opening expands. Additionally, the comparison between numerical simulation results and reliable experimental data shows a high level of accuracy and satisfactory agreement, validating the numerical modeling approach. This study provides precise data and practical analyses to improve the design and performance of combined hydraulic structures.
Bagheri, S., & Heydarpour, M. (2010). Application of Euler equations in determining the discharge coefficient of circular crest spillways. Iranian Journal of Water and Soil Research, 40(1)67-73. (In Persian)
Beigi Poor, G., & Bina, M. (2005). Hydraulic flow in circular and cylindrical crested weirs. 5th Iranian Hydraulic Conference, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran, 1-8.
Bhajantri, M.R., Eldho, T.I., & Deolalikar, P.B. (2006). Hydrodynamic modelling of flow over a spillway using a two-dimensional finite volume-based numerical model. Sadhana, 31(6), 743-754. https://doi.org/10.1007/BF02716893
Ghobadian, R., Farmani Fard, M., & Karami, A. (2012). Effect of crest roughness and body on discharge coefficient and hydraulic conditions of flow in circular crested weirs using a physical model. Journal of Soil and Water Scienc-es, 22(1), 1-8.
Izadinia, E., & Heidari, D. (2023). Flow simulation in a combined culvert-circular crown spillway structure, 22nd Iranian Hydraulic Conference, Maragha. https://civilica.com/doc/1963858
Izadinia, E., & Heidari, D. (2022). Flow simulation in a combined structure of culvert and circular crown spillway, 21st National Conference of Iranian Hydraulics, Ahvaz. https://civilica.com/doc/1694896
Negm, A.M., Al-Brahim, A.M., & Alhamid, A.A. (2002). Combined-free flow over weirs and below gates. Journal of Hydraulic Research, 40(3), 359-365. https://doi.org/10.1080/00221680209499950
Ramamurthy, A.S., & Vo, N.D. (1993). Characteristics of circular crested weir. Journal of Hydraulic Engineering, 119(9), 1055–1062.
Samani, J., & Mazaheri, M. (2009). Combined flow over weir and under gate. Journal of Hydraulic Engineering, 135(3), 224–227. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2009)135:3(224)
Schmocker, L., Halldórsdóttir, B., & Hager, W. (2011). Effect of weir face angles on circular-crested weir flow. Jour-nal of Hydraulic Engineering, 137(6), 637–643. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000346
Severi, A., Masoudian, M., Kordi, E., & Roettcher, K. (2014). Discharge coefficient of combined-free over-under flow on a cylindrical weir-gate. ISH Journal of Hydraulic Engineering. 42-52. https://doi.org/10.1080/09715010.2014.939503