بررسی عددی تاثیر پله غیرممتد بر انرژی نسبی باقی‌مانده شیب شکن قائم

الموضوعات :

سمیرا مزروعی ¹ , رضا میرزایی ² , شمسا بصیرت ³ , ودود حسن نیا ⁴

1 - گروه مهندسی عمران آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اصفهان (خوراسگان)، اصفهان، ایران.
2 - گروه مهندسی عمران آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.
3 - گروه مهندسی عمران آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد نجف‌آباد، اصفهان، ایران.
4 - گروه مهندسی عمران آب و سازه¬های هیدرولیکی، دانشکده فنی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

تاريخ الإرسال : 15 الإثنين , ذو الحجة, 1444 تاريخ التأكيد : 14 الثلاثاء , محرم, 1445 تاريخ الإصدار : 19 الإثنين , صفر, 1445

الکلمات المفتاحية: آشفتگی, انرژی نسبی باقی¬مانده, پله غیرممتد, شیب‌شکن قائم, عمق پایین‌دست,

ملخص المقالة :

در کانال‌های زهکشی و آبیاری معمولا برای انتقال آب از یک ارتفاع بالاتر به ارتفاع پایین‌تر از شیب‌شکن‌های قائم استفاده می‌شود. در پایین‌دست این سازه‌ها، جهت جلوگیری از فرسایش بستر کانال و کاهش انرژی جنبشی مخرب آن، تمهیداتی درنظر گرفته می‌شود. در تحقیق حاضر نیز تأثیر پله غیرممتد بر انرژی نسبی باقی‌مانده شیب‌شکن قائم به کمک نرم افزار FLOW-3D و مدل آشفتگی RNG بررسی شد. انرژی نسبی باقی¬مانده تابعی از ارتفاع نسبی پله، عرض نسبی پله و عمق بحرانی نسبی در نظر گرفته شد. دو ارتفاع نسبی و سه عرض نسبی برای پله در نظر گرفته شده و محدوده عمق بحرانی نسبی نیز بین 2/0 تا 5/0 انتخاب شد. نتایج حاکی از آن است که مقادیر عمق نسبی پایین‌دست حاصل از نتایج عددی تطابق خوبی با داده‌های آزمایشگاهی دارند. همچنین به‌کارگیری پله به‌صورت ممتد و غیر ممتد نتایج مشابهی را داشته و با افزایش ارتفاع نسبی پله انرژی نسبی باقی‌مانده کاهش می‌یابد. به عبارتی، در یک ارتفاع نسبی پله ثابت، به‌ازای تمامی مقادیر عمق بحرانی نسبی، افت و تلاطم ایجاد شده در پشت جت ریزشی در مدل با پله ممتد و غیرممتد یکسان است. علاوه‌براین، در صورت به‌کارگیری حوضچه آرامش در پایین‌دست، مدل دارای پله در مقایسه با مدل بدون پله، ارتفاع دیواره و طول حوضچه آرامش را بیش از 12 درصد کاهش می‌دهد.

المصادر:

Bagherzadeh, M., Mousavi, F., Manafpour, M., Mirzaee, R., & Hoseini, K. (2022). Numerical simulation and application of soft computing in estimating vertical drop energy dissipation with horizontal serrated edge. Water Supply, 22(4), 4676-4689. https://doi.org/10.2166/ws.2022.127

Chamani, M. R., Rajaratnam, N., & Beirami, M. K. (2008). Turbulent jet energy dissipation at vertical drops. Journal of hydraulic engineering, 134(10), 1532-1535.
https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:10(1532)

Daneshfaraz, R., Hasanniya, V., Mirzaei, R., & Bazyar, A. (2020a). Experimental investigation of the effect of positive slope of the horizontal screen on hydraulic characteristics of vertical drop. Iranian Journal of Soil and Water Research, 50(10), 2499-2509. (In Persian).

Daneshfaraz, R., Majedi Asl, M., Razmi, S., Norouzi, R., & Abraham, J. (2020b). Experimental investigation of the effect of dual horizontal screens on the hydraulic performance of a vertical drop. International Journal of Environmental Science and Technology, 17, 2927-2936. https://doi.org/10.1007/s13762-019-02622-x

Esen, I. I., Alhumoud, J. M., & Hannan, K. A. (2004). Energy Loss at a Drop Structure with a Step at the Base. Water international, 29(4), 523-529. https://doi.org/10.1080/02508060408691816

Farouk, M., & Elgamal, M. (2012). Investigation of the performance of single and multi-drop hydraulic structures. International Journal of Hydrology Science and Technology, 2(1), 48-74.
https://doi.org/10.1504/IJHST.2012.045939

Ghaderi, A., Dasineh, M., & Abbasi, S. (2019). Impact of vertically constricted entrance on hydraulic characteristics of vertical drop (numerical investigation). Journal of Hydraulics, 13(4), 121-131.
https://doi.org/10.1007/s13201-019-1112-8

Blaisdell, F. W. (1980). HYDRAULICS OF RECTANGULAR VERTICAL DROP STRUCTURES: Journal of Hydraulic Research, Vol. 17, No. 4, 1979, pp. 289-302.

Hong, Y. M., Huang, H. S., & Wan, S. (2010). Drop characteristics of free-falling nappe for aerated straight-drop spillway. Journal of Hydraulic Research, 48(1), 125-129. https://doi.org/10.1080/00221680903568683

Kabiri-Samani, A. R., Bakhshian, E., & Chamani, M. R. (2017). Flow characteristics of grid drop-type dissipators. Flow measurement and instrumentation, 54, 298-306.
https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2016.11.002

Liu, S. I., Chen, J. Y., Hong, Y. M., Huang, H. S., & Raikar, R. V. (2014). Impact characteristics of free over-fall in pool zone with upstream bed slope. Journal of Marine Science and Technology, 22(4), 9.

Mansouri, R., & Ziaei, A. (2014). Numerical modeling of flow in the vertical drop with inverse apron.

Mirzaee, R., Hosseini, K., & Mousavi, F. (2021). Numerical investigation on energy loss in vertical drop with horizontal serrated edge. Journal of Hydraulics, 16(1), 23-36. (In Persian).

Rajaratnam, N., & Chamani, M. R. (1995). Energy loss at drops. Journal of Hydraulic Research, 33(3), 373-384. https://doi.org/10.1080/00221689509498578
Rand, W. (1955, September). Flow geometry at straight drop spillways. In Proceedings of the American Society of Civil Engineers (Vol. 81, No. 9, pp. 1-13). ASCE.

Sumer, B. M., & Fredsoe, J. (1991, August). Onset of scour below a pipeline exposed to waves. In ISOPE International Ocean and Polar Engineering Conference (pp. ISOPE-I). ISOPE.

Yonesi, H. A., Daneshfaraz, R., Mirzaee, R., & Bagherzadeh, M. (2023). Maximum energy loss in a vertical drop equipped with horizontal screen with downstream rough and smooth bed. Water Supply, 23(2), 960-974. https://doi.org/10.2166/ws.2023.005