ارائه معادله دبی برای سرریز‌های جانبی مستطیلی و کنگره‌ای مثلثی

نویسندگان

1 کارشناسی‌ارشد سازه‌های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

سرریز‌‌های جانبی از جمله مهم‌ترین سازه‌های هیدورلیکی در پروژه‌های مختلف انتقال آب، کنترل سیلاب و انحراف آب مازاد در سیستم‌های فاضلاب شهری به‌شمار می‌روند. یکی از راهکارهای مؤثر و اقتصادی جهت افزایش راندمان سرریز‌های جانبی، استفاده از سرریز‌های کنگره‌ای می‌باشد. در سرریز‌های جانبی کنگره‌ای با تغییر هندسه‌ پلان و افزایش طول سرریز در بازشدگی ثابت از کانال، ظرفیت عبور جریان بیشتر می‌گردد. با توجه به اهمیت این سرریز‌ها در پروژه‌های آبی و پیچیده بودن محاسبات مربوط به تعیین منحنی دبی- اشل سرریز‌های جانبی کنگره‌ای، لازم است روابط معمولی‌ و کاربردی‌ دبی– ‌اشل در شرایط مختلف برای آن استخراج گردد. در این پژوهش رابطه دبی-‌اشل برای سرریز‌های جانبی معمولی در دو بازشدگی 3/0 و 5/0 و کنگره‌ای مثلثی با سه زاویه‌ رأس 45، 60 و 90 درجه در سه بازشدگی 3/0، 5/0 و 6/0 ارائه شده است. با مقایسه معادله استخراج شده با نتایج شبیه‌سازی شده، دقت رابطه ارائه شده در محدود 15 % ± به‌دست آمد که در کاربرد‌های عملی قابل قبول ارزیابی می‌شود. هم‌چنین با توجه به نتایج برای سرریز جانبی کنگره‌ای به ازای یک بار آبی ثابت، با افزایش زاویه‌ی رأس سرریز، به‌علت کاهش طول مؤثر سرریز، دبی کاهش ‌می‌یابد. از طرفی به‌ازای یک بار آبی ثابت، با کاهش بازشدگی سرریز، عرض مؤثر مجرای عبور جریان کاهش یافته و ضریب دبی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing a Discharge Equation for Rectangular and Triangular Labyrinth Side Weirs

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Attarzadeh 1
  • saeedreza khadashenas 2
  • Ali Naghi Ziaei 3
1 M.Sc., Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Prof., Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Assoc. Prof., Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Side weirs are among important hydraulic structures that used in various projects such as water conveyance, flood control, and diversion of excess water in sewer networks. One of the most effective and economical way to increase the efficiency of this weirs is application of labyrinth side weir. Using labyrinth side weirs, the flow discharge is increased by changing the plan geometry and increasing the weir length. According to fairly complicated flow pattern around this weir, extracting simple stage-discharge relation for different conditions is necessary. Therefore, in this study, the stage-discharge relations for normal side weirs with opening of 0.3 and 0.5 and labyrinth side weirs with included angles 90, 60 and 45 and opening of 0.3, 0.5 and 0.6 were extracted. Comparison of simulated results with these relations indicated that accuracy of the relations is within ±15% which is acceptable for practical purposes. Due to decreasing the weir effective length, the flow discharge was reduced when the apex angle of labyrinth side weir has increased for a constant water head. Decreasing the effective width also caused the flow discharge to be reduced when opening was decreased for a constant water head.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Labyrinth side weir
  • Numerical modeling
  • Turbulence modeling
  • Head-Discharge Equation
  • ANSYS Fluent
Ackers P, 1957. A theoretical consideration of side weirs on storm water overflows. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, London, England, 6(2): 250-269.
Attarzadeh F, Khodashenas SR and Ziaei AN, 2016. Developing a simple unique stage discharge equation for labyrinth side weir with different angles and a constant opening. The third national and first international conference on applied research in Civil Engineering, Architecture and Urban Management, 9-10, March, International conference center Milad tower,Tehran, Iran.
Aydin MC and Emiroglu ME, 2013. Determination of capacity of labyrinth side weir by CFD. Flow Measurement and Instrumentation 29: 1-8.
Aydin MC, 2012. CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir. Advances in Engineering Software 45(1): 159-166.
Beihaghi Kondori A, 2013. Numerical modeling of flow pattern on labyrinth weirs and determining discharge coefficient. MSc Thesis, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
Borghei SM, Jalili MR and Ghodsian M, 1999. Discharge coefficient for sharp crested side weirs in subcritical flow. Journal of Hydraulic Engineering 125 (10): 1051-1056.
Borghei SM, Nekooie MA, Sadeghian H and Ghazizadeh MRJ, 2013. Triangular labyrinth side weirs with one and two cycles. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management 166(1): 27–42.
Carollo FG, Ferro V and Pampalone V, 2012. Experimental investigation of the outflow process over a triangular labyrinth weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 138(1): 73-79.
De-Marchi G, 1934. Essay on the performance of lateral weirs. L’Energia Electerica. Milano.Italy 11(11): 849-860.
El-Khashab A and Smith KVH, 1976. Experimental investigation of flow over side weirs. Journal of Hydraulic Engineering 102 (9): 1255-1268.
Emiroglu ME, Kaya N and Agaccioglu H, 2010. Discharge capacity of labyrinth side weir located on a straight channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 136(1): 37-46.
Esmaeilpour L, Farsadizadeh D and Hosseinzadeh Dalir A, 2016. Investigation of hydraulic characteristics of one-side semi-circular labyrinth side weir. Journal of Water & Soil. 26(1): 187-195.
Fenton JD, 2016. Hydraulics: science, knowledge, and culture. Journal of Hydraulic Research 54(5): 485-501.
Ferro V, 2000. Simultaneous flow over and under a gate. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(3): 190-193.
Ghodsian M, 2004. Flow over triangular side weir. Journal of Scientia Iranica 11: 114-120.
Khameneh HZ, Khodashenas SR and Esmaili K, 2014. The effect of increasing the number of cycles on the performance of labyrinth side weir. Flow Measurement and Instrumentation 39: 35-45.
Mahdavi Meymanad A, Ahadiyan J and Ehteram M, 2015. Sensitivity analysis of the effective parameters in aeration of weir using artificial intelligence techniques and ANFIS. Journal of Iranian of Irrigation & Water Engineering 5(17): 83-95.
 
Nikou NSR, Ziaei AN and Safavi K, 2018. Closure to Extraction of the flow rate equation under free and submerged flow conditions in pivot weirs with different side contractions by N. Sheikh Rezazadeh Nikou, MJ Monem, and K. Safavi. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 144(4)
Singh R, Manivannan D and Satyanarayana T, 1994. Discharge coefficient of rectangular side weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 120(4): 814-819.
Subramanya K, Awasthy SC, 1972. Spatially varied flow over side weirs. Journal of Hydraulic Engineering 98(1): 1-10.
Varjavand P, Farsadizadeh D, Hosseinzadeh Dalir A and Sadraddini AA, 2010. 3D simulation of flow in side spillway with k-ε turbulence model and comparing the results with physical model. Journal of Water & Soil. 20(3): 105-118.
Zahedi Khameneh HZ, Khodashenas SR and Esmaili K, 2014. The Effect of Semi-circular side weirs on hydraulic properties and discharge coefficient of side weirs. Journal of River Engineering 25(52): 20-25.