مطالعه‌ی عددی بر روی جریان عبوری از داخل مجاری دایروی دارای سرریزجانبی
محورهای موضوعی : مقالات برگرفته از پایان نامه
حامد عظیمی
1
(کارشناسی ارشد عمران آب، گروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران)
سعید شعبانلو
2
(دکتری منابع آب، گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران)
کلید واژه: شبیهسازی عددی, VOF, کانال دایروی, سرریزجانبی, RNG k-,
چکیده مقاله :
سرریز جانبی به شکل یک شکاف در کناره کانال اصلی برای هدایت جریانهای اضافی که بالاتر از تاج سرریز قرار دارند مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع از سازهها در کنترل سطح جریان در شبکههای آبیاری- زهکشی، سیستم دفع فاضلابهای شهری و آبرسانی جهت شرب بکار گرفته میشوند. در این بین کانالهای دایروی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند، طول قابل ملاحظهای از سیستم دفع فاضلاب و لولههای انتقال ساخته شده از مجاری دایروی است. در این مطالعه تغییرات تراز سطح آزاد، آشفتگی و میدان جریان عبوری از داخل یک کانال دایروی دارای سرریزجانبی توسط نرم افزار تجاری شبیهسازی عددی شده است. در این شبیهسازی عددی برای مدلسازی تغییرات سطح آزاد جریان از طرح VOF و برای شبیهسازی آشفتگی میدان جریان از مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. در این مطالعه بمنظور اعتبار سنجی دقت مدل عددی، تغییرات عمق جریان در امتداد سرریزجانبی، ضریب دبی سرریزجانبی، دبی عبوری ازروی سرریز، عدد فرود در بالادست سرریز و انرژی مخصوص در ابتدای سرریز با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. مقایسه کلیه پارامترهای ذکر شده با نتایج آزمایشگاهی حاکی از دقت بسیار بالای مدل CFD در پیشبینی آشفتگی و میدان جریان عبوری از داخل یک کانال دایروی دارای سرریزجانبی است. هدف اصلی در این شبیهسازی عددی کسب درک صحیح از رفتار جریان عبوری از داخل کانالهای دایروی دارای سرریزجانبی بمنظور استفاده در مسائل طراحی این نوع از سازههای هیدرولیکی است.
Side weir is used as a slot in the side of main channel to direct excess flows that are above the weir crest. Such structures are used in control of flow level in irrigation, drainage networks and urban sewage disposal systems. Among these structures, circular channels are extremely important. Considerable length of sewage disposal and transmission pipeline system is made of circular channels. In this study, changes of water surface level, turbulence and flow field passing through a circular channel with side weir is simulated using commercial software. In this numerical simulation for modeling changes of flow free surface, VOF model and for simulating of the flow field turbulence, RNG k-ε turbulence model are used. In this study in order to validate the accuracy of the numerical model, the flow depth changes along the side weir, the discharge coefficient of the side weir, the passing flow over the weir, the Froude number at the upstream of the weir and the specific energy at the beginning of the weir are compared with the laboratory results. Comparison of all mentioned parameters with the experimental results show high accuracy of CFD model in predicting turbulence and flow field of passing through a circular channel with side weir. The main purpose of this simulation is gaining an understanding of behavior of passing flow through circular channels with side weir in order to use in design problems of this type of hydraulic structures.
1) Ackers P.A. 1957. Theoretical Consideration of Side Weirs as Storm water Overflows. Institute of Civil Engineers, London, vol. 6, pp. 250, February.
2) Allen J.W. 1957. The discharge of water over side weirs in circular pipes. ICE Proc, 6(2), 270-287.
3) Aydin M.C. 2012. CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir. Advances in Engineering Software 45: 159–166.
4) Aydin M.C. Emiroglu M.E. 2013. Determination of capacity of labyrinth side weir by CFD. Flow Measurement and Instrumentation 29: 1–8.
5) Bagheri S. Heidarpour M. 2012. Characteristics of Flow over Rectangular Sharp-Crested Side Weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 138(6): 541-547.
6) Borghei S.M. Jalili M.R. Ghodsian M. 1999. Discharge coefficient for sharp crested side- weirs in subcritical flow. Journal of the Hydraulic Division 125 (10):1051-1056.
7) Cheong H. 1991. Discharge coefficient of lateral diversion from trapezoidal channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 117(4):461–475.
8) Chow V.T. 1959. Open-Channel Hydraulics. New York, McGraw-Hill.
9) De Marchi, G. 1934. Essay on the performance of lateral weirs (In Italian). L’Energia electrica Milan 11(11): 849-860.
10) El-Khashab A. Smith K.V.H. 1976. Experimental investigation of flow over side weirs. J. Hydraul. Div. 102(9), 1255-1268.
11) El-Khashab AMM. 1975. Hydraulics of flow over side weirs. Ph.D. thesis England: University of Southampton.
12) Emiroglu M.E. Agaccioglu H. Kaya N. 2011. Discharging capacity of rectangular side weirs in straight open channels. Flow Measurement and Instrumentation. 22(4):319–330.
13) Emiroglu ME. Kaya N. Agaccioglu H. 2010. Discharge capacity of labyrinth side weir located on a straight channel. ASCE Journal of Irrigation and Drainage Engineering; 136(1):37–46.
14) Frazer W. 1954. The behavior of side weirs in prismatic rectangular channels. Ph.D. thesis, Glasgow Univ., Glasgow, UK.
15) Hager W.H. 1987. Lateral outflow over side- weirs. Journal of Hydraulic Engineering 112(4): 491-504.
16) Mahmodinia S. Javan M. Eghbalzadeh A. 2012. The Effects of the Upstream Froude Number on the Free Surface Flow over the Side Weirs. Int. Conf. Mod. Hydr. Eng., Procedia Eng.28 (1), 644–647.
17) Novak G. Kozelj D. Steinman F. Bajcar T. 2013. Study of flow at side weir in narrow flume using visualization techniques. Flow Measurement and Instrumentation. 29: 45-51.
18) Oliveto G. Biggiero V. Fiorentino M. 2001. Hydraulic Features of Supercritical Flow along Prismatic Side Weirs. J. Hydr. Res. 39 (1), 73-82.
19) Ramamurthy A.S. Zhu W.Vo.D. 1995. Rectangular Lateral Weirs in Circular Open Channels. Journal of Hydraulic Engineering. 121(8), 608-612.
20) Singh R. Manivannan D. Satyanarayana T. 1994. Discharge coefficient of rectangular side- weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 120(4): 814-819.
21) Subramanya K. Awasthy S.C. 1972. Spatially varied flow over side- weirs. Journal of the Hydraulics Division 98(1):1-10.
22) Uyumaz A. 1992. Side weir in triangular channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 118(6): 965-970.
23) Uyumaz A. 1997. Side weir in U-shaped channels. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 123(7): 639-646.
24) Uyumaz A. Muslu Y. 1985. Flow over side weirs in circular channels. J. Hydraul. Eng., 111(1), 144-160.
25) Vatankhah A.R. 2012. New solution method for water surface profile along a side weir in a circular channel .Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 138(10):948-954.
26) Vatankhah A.R. 2012. Analytical solution for water surface profile along a side weir in a triangular channel. Flow Measurement and Instrumentation 23(1): 76-79.
27) Vatankhah A.R. 2012. Water surface profile over side weir in a trapezoidal channel. Proceedings of the Institution of Civil Engineers (ICE) Water Management; 165(5):247–252.
28) Vatankhah A.R. 2013. Water surface profiles along a rectangular side weir in a U-shaped channel. Journal of Hydrologic Engineering (Accepted for publication).
29) Vatankhah. A.R. 2013. Water surface profile along a side weir in a parabolic channel. Flow Measurement and Instrumentation. 32: 90-95.
30) Venutelli M. 2008. Method of solution of non-uniform flow with the presence of rectangular side weir. J. Irrig. Drain. Eng., 134(6), 840-846.
31) Yüksel E. 2004. Effect of specific energy variation on lateral overflows. Flow Meas. Instrum., 15(5–6), 259-269.