بررسی تاثیر ارتفاع سرریز جانبی کنگره‌ای نیم دایره‌ای برروی ضریب دبی و پروفیل سطح آب در کانال اصلی

محورهای موضوعی : برگرفته از پایان نامه

فاطمه صفی لو ¹ , داود فرسادی زاده ² , هادی ارونقی ³

1 - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد رشته سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 - استاد مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
3 - دانشیار مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

تاریخ دریافت : 1398/07/28 تاریخ پذیرش : 1400/08/04 تاریخ انتشار : 1400/08/01

کلید واژه: نرم‌افزار فلوئنت, پروفیل سطح آب, جریان زیر بحرانی, سرریز جانبی کنگره‌ای نیم‌دایره‌ای, ضریب دبی,

چکیده مقاله :

مقدمه: سرریزهای جانبی سازه‌های هیدرولیکی مهم و کاربردی در سیستم‌های انتقال آب هستند که با قرار­گیری در دیواره کانال، جریان مازاد عبوری در کانال را تخلیه می‌کنند. دراین تحقیق، تأثیر ارتفاع سرریز جانبی کنگره‌ای نیم‌دایره‌ای دوطرفه بر ضریب دبی و پروفیل سطح آب در شرایط جریان زیر بحرانی به صورت سه‌بعدی و با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است.  روش: در این تحقیق سرریزهای جانبی در حالت سه، چهار و پنج سیکل با ارتفاع 10، 15 و 20 سانتی‌متر و طول باز شدگی 40 سانتی‌متر مورد استفاده قرار گرفتند. ضریب دبی و پروفیل سطح آب به دست آمده از این شبیه‌سازی جهت اعتبار سنجی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شدند. یافته‌ها:  یافته‌های پژوهش نشان داد مقادیر محاسبه شده با داده‌های آزمایشگاهی تطابق خوبی داشته و درصد خطا برای ضریب دبی بین صفر تا 7 درصد می‌باشد و میزان خطا با کاهش عدد فرود کم­تر می­شود. طبق نتایج به دست آمده، با افزایش  ارتفاع سرریز جانبی میزان نوسانات سطح آب در کانال اصلی و در امتداد سرریز جانبی کاهش  می‌یابد. به طور متوسط با هر 5 سانتی‌متر کاهش ارتفاع سرریز جانبی، میزان پایین‌افتادگی سطح آب 3 درصد کاهش می‌یابد همچنین ضریب دبی سرریز جانبی با افزایش تعداد سیکل کنگره­ها و با افزایش ارتفاع سرریز و عدد فرود بالادست کاهش می‌یابد. بنابراین سرریز جانبی کنگره‌ای نیم‌دایره‌ای سه سیکل با ارتفاع  10 سانتی­متر دارای ضریب دبی بیش‌تری نسبت به سایر سرریزهای مورد بررسی می‌باشد. نتیجه­گیری: بررسی عددی تاثیر ارتفاع سرریز جانبی کنگره‌ای نیم‌دایره‌ای  بر روی ضریب دبی و پروفیل سطح آب، این امکان را فراهم کرد تا در کم‌ترین زمان و بدون هزینه ساخت سرریز، ضریب دبی و پروفیل سطح آب  در مدل‌های مختلف با تغییر دادن ارتفاع سرریز، شعاع و تعداد سیکل کنگره‌ها بررسی شود.

چکیده انگلیسی:

Side weirs are important and practical hydraulic structures in water conveyance systems that are installed on the side wall of the channel to divert excess water from main channels. In this research, the effect of the height of two-side semicircular labyrinth side weir on the discharge coefficient and water surface profile in 3D by using the FLUENT software. side weirs were used in three, four and five cycles with a height of 10,15 and 20 cm and an opening length of 40 cm. The discharge coefficient and water surface profile obtained from this simulation were compared with experimental results for validation. The computed values have a good agreement with the experimental data and the error percentage for the discharge coefficient is between zero and 7% and the relative error was decreased by decreasing of Froude number. Based on the results, as the height of the side weir increases, the rate of water surface fluctuations in the main channel and along the side weir decreases. On average, with every 5 cm reduction in the height of the side weir, the rate of water surface decreases by 3%. Also, the discharge coefficient of the side weir decreases with decreasing congress radius and with increasing the side weir height and upstream Froude number. Therefore, the semicircular labyrinth side weir of three-cycle with height P = 10cm has a higher discharge coefficient than the other side weirs under study.

منابع و مأخذ:

1. Crookston BM, Tullis BP. Hydraulic Design and Analysis of Labyrinth Weirs. I: Discharge Relationships. J Irrig Drain Eng. 2013;139(5).


2. Lux F. Design Methodology for Labyrinth Weirs. In: Proceedings of the international conference on hydropower [Internet]. 1993 [cited 2021 Sep 2]. p. 1397–407. Available from: https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA307714.pdf#page=654


3. Borghei SM, Jalili MR, Ghodsian M. Discharge Coefficient for Sharp-Crested Side Weir in Subcritical Flow. J Hydraul Eng [Internet]. 1999 Oct 1 [cited 2021 Sep 2];125(10):1051–6. Available from: https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%290733-9429%281999%29125%3A10%281051%29


4. LUX, F. Design and Construction of Labyrinth Spillways. 15th Comm Int des Gd Barrages, 1985 [Internet]. 1985 [cited 2021 Sep 2];249–74. Available from: https://ci.nii.ac.jp/naid/10012330557


5. Hay N, Taylor G. Performance and Design of Labyrinth Weirs. J Hydraul Div [Internet]. 1970 Nov 1 [cited 2021 Sep 2];96(11):2337–57. Available from: https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/JYCEAJ.0002766


6. Qu JQ, Ramamurthy ASRS, Tadayon RT, Chen ZC. Numerical simulation of sharp-crested weir flows. https://doi.org/101139/L09-067 [Internet]. 2009 [cited 2021 Sep 2];36(9):1530–4. Available from: https://cdnsciencepub.com/doi/abs/10.1139/L09-067


7. Ghobadian R, Meratifashi E. Modified theoretical stage-discharge relation for circular sharp-crested weirs. Water Sci Eng. 2012 Mar 1;5(1):26–33.


8. Esmaeilpour L, Farsadizadeh D, Dalir AH. Investigation of Hydraulic Characteristics of One-Side Semi-Circular Labyrinth Side Weir.


9. MARCHI de, G. Saggio Diteoria de Funzionamente Degli Stramazzi Laterali. L’ Energ Elettr [Internet]. 1934 [cited 2021 Sep 2]; Available from: https://ci.nii.ac.jp/naid/10004809588


10. Zahedi Khameneh H, Khodashenas SR, Esmaili K. The Effect of Semi-circular Side Weirs on Hydraulic Properties and Discharge Coefficient of Side Weirs. J River Eng [Internet]. 2014 [cited 2021 Sep 2];5. Available from: http://profdoc.um.ac.ir/paper-abstract-1043278.html


11. Gharehveran, S. S. ; Farsadizadeh, D. ; Dalir AH. Experimental investigation of effects of piles on water surface profile in semi circular labyrinth side weir with one cycle. [Internet]. [cited 2021 Sep 2]. Available from: https://www.cabdirect.org/cabdirect/abstract/20163070227


12. Khalili M, Honar T. Discharge coefficient of semi-circular labyrinth side weir in subcritical flow. Water SA [Internet]. 2017 Aug 2 [cited 2021 Sep 2];43(3):433–41. Available from: https://www.ajol.info/index.php/wsa/article/view/159659


13. Niazkar M, Afzali SH. Application of new hybrid method in developing a new semicircular-weir discharge model. Alexandria Eng J. 2018 Sep 1;57(3):1741–7.


14. Daily JW. Fluid Dynamics by James W. Daily (1966-06-03): Amazon.com: Books [Internet]. [cited 2021 Sep 2]. Available from: https://www.amazon.com/Fluid-Dynamics-James-Daily-1966-06-03/dp/B01FKUSO0C


15. El-Khashab A, Smith KVH. Experimental Investigation of Flow Over Side Weirs. J Hydraul Div [Internet]. 1976 Sep 1 [cited 2021 Sep 2];102(9):1255–68. Available from: https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/JYCEAJ.0004610


16. Emiroglu ME, Kaya N, Agaccioglu H. Discharge Capacity of Labyrinth Side Weir Located on a Straight Channel. J Irrig Drain Eng [Internet]. 2009 Apr 29 [cited 2021 Sep 2];136(1):37–46. Available from: https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29IR.1943-0000112


17. Mohammadi K, Dalir AH. Experimental Investigation of Hydraulic Jump in Side Weirs. Water Soil Sci [Internet]. 2014 Feb 20 [cited 2021 Sep 3];23(4):117–28. Available from: https://water-soil.tabrizu.ac.ir/article_886.html


18. Emiroglu ME, Agaccioglu H, Kaya N. Discharging capacity of rectangular side weirs in straight open channels. Flow Meas Instrum. 2011 Aug 1;22(4):319–30.


19. N, D. F, A. HD, F. S. EXPERIMENTAL STUDY OF DISCHARGE COEFFICIENT OF TRAPEZOIDAL LABYRINTH SIDE-WEIRS [Internet]. Vol. 23. WATER AND SOIL SCIENCE (AGRICULTURAL SCIENCE); 2013 [cited 2021 Sep 3]. p. 247–57. Available from: https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?id=339051