بررسی عددی عملکرد دریچه‌های کشویی متوالی در تنظیم دبی جریان در کانال‌ها

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه مراغه، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی عمران سازه‌های هیدرولیکی

4 کارشناس ارشد عمران آب

چکیده

< p>دریچه‌های متوالی با هدف تحویل مقدار نسبتاً ثابت دبی جریان برای دامنه‌ای از تغییرات سطح آب در بالادست کانال‌های توزیع آب، بکار برده می‌شوند. در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D جریان از دریچه‌های متوالی در 4 مدل متفاوت برای 5 عمق جریان ورودی شبیه‌سازی و مورد بررسی قرار گرفت. با مقایسهنتایج عددی و آزمایشگاهی ملاحظه گردید تفاوت دبی‌های خروجی همواره کمتر از 10 درصد بوده است. بنابراین دقت شبیه‌سازی مدل قابل قبول است. پس از صحت‌سنجی مدل، دبی خروجی برای مدل‌ها محاسبه و با مقدار دبی طراحی مقایسه شد. مقایسه دبی خروجی مدل‌ها با دبی طراحی نشان داد در همه‌ حالت‌های مورد بررسی، در حدود 8 درصد اختلاف وجود دارد. بنابراین سازه دریچه‌های متوالی در تحویل دبی جریان تقریباً ثابت به ازای تغییرات عمق آب در بالادست کانال با دقت قابل قبولی عمل می‌کند .همچنین بررسی میزان استهلاک انرژی در مدل‌ها نشان داد برای حالتی که تنها دریچه اول فعال است، اتلاف انرژی قابل صرف نظر کردن می‌باشد. ولی با افزایش عمق جریان ورودی و فعال شدن دریچه‌های بعدی، میزان استهلاک انرژی ناشی از جریان از دریچه‌های متوالی افزایش یافته و به حدود 15 تا 22 درصد می‌رسد. بنابراین این سازه علاوه بر تنظیم دقیق جریان، در استهلاک انرژی برای عمق‌های زیاد جریان ورودی نیز موثر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Successive Sluice Gates Performance in Regulating Flow Rate through Channels Using Flow-3D Software

نویسندگان [English]

  • Forough Ashkan 1
  • Rasoul Daneshfaraz 2
  • Alireza ghaffarinik 3
  • Ali Gahramanzadeh 4
  • Omar Minaei 3
1 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Maragheh, Maragheh, Iran.
3 water civil engineering, Maragheh branch
4 water civil engineering, Faculty of Engineering, university of Maragheh,
چکیده [English]

< p >Successive sluice gates are utilized to deliver a relatively constant amount of flow rate for a range of water levels variations at the upstream of the water distribution channels. In this study, the flow through successive sluice gates in four different models with five input flow depths were simulated and investigated using FLOW-3D software. Comparison between the numerical and experimental results indicated that the differences of the output flow rates were less than 10%. Therefore, the accuracy of simulated models was desirable. After validation of models, the output flow rate was calculated for each model and compared with design flow rate. Comparing the output flow rates of models with the design flow rate indicated that in the all investigated cases, there was an approximate difference of 8 percent. Therefore, the successive sluice gates showed acceptable accuracy in delivery of constant flow rate during variation of water depth at upstream of the channel. Also, the evaluation of energy dissipation in the models showed that the energy dissipation was negligible when just the first gate was active. But by increasing the depth of input flow and utilization of the next gates, the rate of energy dissipation caused by the flow through successive sluice gates was increased to about 15-22 percent. Therefore, in addition to precise flow regulation, this structure was also effective in energy dissipation if input flow depths was high.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Successive sluice gates
  • Energy dissipation
  • FLOW-3D software
  • Input flow depth
  • Output flow rate
Akoz M, Kirkgoz M and Oner A, 2009. Experimental and numerical modeling of a sluice gate flow. Journal of     Hydraulic Research 47(2): 167-176.
Anwar AA, 1999. Baffle sluice modules with improved performance. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, ASCE 125(2): 91-95.
Barghi Khezerloo A, Khalili Shayan H, Farhoudi j and Vatankhah A, 2016. Developing a new method for estimating discharge coefficient of sluice gates under free and submerged flow conditions, Water and Soil Science-University of Tabriz 26(4): 207-221. (In Farsi)
Bijankhan M, Koochakzadeh S and Hoorfar A, 2010. Improving baffle sluice gate design based on hydraulic sensitivity concept of structures. Iranian Journal of Soil and Water Research 40(2): 191-198. (In Farsi)
Bijankhan M and Koochakzadeh S. 2010. Design of 2 baffles module based on hydraulic sensitivity concept of structures. Journal of Water and Soil 24(5): 864-873. (In Farsi)
Cassan L and Belaud G, 2012. Experimental and numerical investigation of flow under sluice gates. Journal of Hydraulic Engineering 138: 367-373.
Daneshfaraz R, Ghahramanzadeh A, Ghaderi, A, Rezazadeh Joudi A and Abraham J, 2016. Investigation the effect of edge shape on characteristics of flow under vertical gates. Journal-American Water Works Association 108(8): 432-525.
Daneshfaraz R and Ghaderi A, 2017. Numerical investigation of inverse curvature ogee spillway, Civil Engineering Journal 3(11): 1146-1156.
Daneshfaraz R, Minaei O, Abraham J, Dadashi S and Ghaderi A, 2019. 3-D Numerical simulation of water flow over a broad-crested weir with openings, ISH Journal of Hydraulic Engineering doi.org/10.1080/09715010.2019.1581098: 1-9.
Ghaderi A, Dasineh M and Abbasi S, 2019. Impact of vertically constricted entrance on hydraulic characteristics of vertical drop. Journal of Hydraulics 13(4): 121-131. (In Farsi)
Helmi AM and El-Gamal MH, 2011. Experimental and numerical investigations of flow through free double baffled gates. Water SA 37(2): 245-254.
Kim DG, 2007. Numerical analysis of free flow past a sluice gate. KSCE Journal of Civil Engineering 11(2): 127-132
Larsen AP and Mishra PK, 1990. Constant discharge device for field irrigation. Journal of Hydraulic Research 28(4): 481-489.
Mehrzad M, Kouchakzadeh S and Bijankhan M, 2014. Design criteria for parallel baffle modules. Journal of Hydraulics 9(2): 37-51. (In Farsi)
Mishra PK, Larsen P and Satyanarayana T, 1990. Development of low-discharge baffle-sluice modules. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 116(3): 444-453.
Rajaratnam N and Subramanya K, 1967. Flow equation for the sluice gate. Journal of the Irrigation and Drainage Division 93(3): 167-186.
Swamee PK, 1992. Sluice-gate discharge equations. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 118(1): 56-60.
Yarizadeh G and Kouchakzadeh S, 2011. The effect of obstruction on hydraulic sensitivity concept of baffles module, 6th National Congress on Civil Engineering, April  26, Semnan University, Semnan, Iran. (In Farsi)