مطالعه‌ی آزمایشگاهی تأثیر موانع بر اتلاف انرژی جریان در سرریز کلیدپیانویی

محورهای موضوعی : تحلیل، طراحی و ساخت سازه های آبی

شیماء عزالدین ابراهیم ¹ , علی خوش فطرت ²

1 - گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
2 - .2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، واحد اصفهان )خوراسگان(، دانشگاه آزاد اسالمی، اصفهان، ایران

تاریخ دریافت : 1402/06/15 تاریخ پذیرش : 1402/07/22 تاریخ انتشار : 1402/07/22

کلید واژه: اتلاف انرژی, سرریز کلیدپیانویی, مطالعه‌ی آزمایشگاهی, مانع, نوع C,

چکیده مقاله :

سرریزهای کلیدپیانویی، دارای طول تاج بیشتر نسبت به سرریزهای خطی است. افزایش طول تاج سرریز در عرض محدود، باعث افزایش ضریب آبگذری می‌گردد. سرریزهای کلیدپیانویی حدود 24 سال پیش برای افزایش عبوردهی جریان، پی سبک و راندمان بالاتر نسبت به دیگر سرریزهای غیر خطی، ساخته شدند. با توجه به اهمیت این سرریزها و راهکار برای افزایش اتلاف انرژی و در نهایت کاهش آبشستگی در آن‌ها؛ لذا در این تحقیق سعی شد از یک سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع C استفاده شود. از چهار دبی 025/0، 03/0، 035/0 و 04/0 متر مکعب بر ثانیه نیز استفاده شد. از سه مانع با ارتفاع‌های 01/0، 03/0 و 05/0 متر در انتهای کلیدهای خروجی سرریز نیز استفاده شد. نتایج چنین است که با افزایش ارتفاع موانع، میزان اتلاف انرژی نیز افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش دبی جریان، از میزان اتلاف انرژی کاسته می‌شود. در موانع 01/0، 03/0 و 05/0 متر، میزان اتلاف انرژی نسبت به سرریز بدون مانع به‌ترتیب 20/1، 13/2 و 53/2 درصد افزایش می‌یابد. میانگین اتلاف انرژی در سرریزهای با موانع 0، 01/0، 03/0 و 05/0 متر در انتهای کلیدهای خروجی، به‌ترتیب برابر 8/57، 5/58، 06/59 و 3/59 است. در انتها رابطه‌ای برای محاسبه میزان اتلاف انرژی در سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع C همراه با مانع در انتهای کلیدهای خروجی با ضریب همبستگی 9/98 درصد، به‌دست آمد.

چکیده انگلیسی:

Piano key weirs have a longer crown length than linear weirs. Increasing the length of the weir crest in a limited width increases the water flow coefficient. Piano key weirs were built about 24 years ago to increase flow throughput, light foundation and higher efficiency than other non-linear weirs. Considering the importance of these weirs and the solution to increase the energy loss and finally reduce scour in them; Therefore, in this research, it was tried to use a C-type trapezoidal piano key weir. Four flow rates of 0.025, 0.03, 0.035 and 0.04 cubic meters per second were also used. Three barriers with heights of 0.01, 0.03 and 0.05 meters were also used at the end of the overflow output keys. The results show that with the increase in the height of the obstacles, the amount of energy loss also increases. Also, by increasing the flow rate, the amount of energy loss is reduced. In barriers of 0.01, 0.03 and 0.05 meters, the amount of energy loss increases by 1.20, 2.13 and 2.53%, respectively, compared to the weir without obstacles. The average energy loss in weirs with barriers of 0, 0.01, 0.03 and 0.05 meters at the end of the outlet switches is equal to 57.8, 58.5, 59.06 and 59.3, respectively. At the end, a relationship was obtained to calculate the amount of energy loss in the C-type trapezoidal piano key weir along with the barrier at the end of the output keys with a correlation coefficient of 98.9%.

منابع و مأخذ:

1. Leite Ribeiro, M., Boillat, J.L., Schleiss, A., Laugier, F. and Albalat, C., 2007. Rehabilitation of St-Marc dam experimental optimization of a piano key weir. In Proceedings of the 32nd Congress of IAHR (No. CONF).
2. Khanh, M.H.T., Hien, T.C. and Quat, D.S., Study and construction of PK Weirs in Vietnam (2004 to 2011).
3. Bieri, M., Federspiel, M., Boillat, J.L., Houdant, B., Faramond, L. and Delorme, F., 2011. Energy dissipation downstream of piano key weirs–case study of Gloriettes dam (France). Labyrinth and piano key weirs–PKW 2011, pp.123-130.
4. Erpicum, S., Laugier, F., Pfister, M., Pirotton, M., Cicero, G.M. and Schleiss, A.J. eds., 2013. Labyrinth and piano key weirs II. CRC Press.
5. Sajadi, S.M., 2017. Effect of baffled outlet keys at Piano Key Weir on dissipating energy. Irrigation and Drainage Structures Engineering Research, 18(69), pp.77-92.
6. Al-Shukur, A.H.K. and Al-Khafaji, G.H., 2018. Experimental study of the hydraulic performance of piano key weir. International Journal of Energy and Environment, 9(1), pp.63-70.
7. Naghibzadeh, S.M., Heidarnezhad, M., Masjedi, A. and Bordbar, A., 2020. Experimental and Numerical Analysis of Energy Dissipation in Piano Key Weirs with Stepped and Baffled Barriers at Downstream Slop. Iranian Journal of Soil and Water Research, 51(10), pp.2431-2442.
8. R. Eslinger, K. and Crookston, B.M., 2020. Energy dissipation of type a piano key weirs. Water, 12(5), p.1253.
9. Singh, D. and Kumar, M., 2022. Gene expression programming for computing energy dissipation over type-B piano key weir. Renewable Energy Focus, 41, pp.230-235.
10. Fathi, A., Abdi Chooplou, C. and Ghodsian, M.G., 2023. An Experimental Study of Flow Energy Loss in Trapezoidal Stepped Piano Key Weirs (PKWs). Modares Civil Engineering journal, 23(4), pp.0-0.
11. https://sanad.iau.ir/Journal/tsws/Article/783133
12. Sumer, B.M. and Fredsoe, J., 1991, August. Onset of scour below a pipeline exposed to waves. In The First International Offshore and Polar Engineering Conference. OnePetro.
13. Novák, P. and Čabelka, J., 1981. Models in hydraulic engineering: Physical principles and design applications. Monographs & surveys in water resources engineering.