مطالعه عددی اثر تغییر شیب کف کانال دایره‌ای در جریان فوق‌بحرانی در طول سرریز جانبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران- آب، گروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 استادیار گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

چکیده

سرریزهای جانبی از مهمترین سازه­های هیدرولیکی محسوب می­شوند که به­صورت گسترده در سیستم­های انحراف جریان و شبکه­های زهکشی مورد استفاده قرار می­گیرند. همچنین کانال­های دایره­ای به­عنوان مجاری اصلی انتقال جریان در سیستم­های جمع‌آوری فاضلاب و شبکه­های آبیاری به­کار گرفته می­شوند. در این تحقیق، الگو و میدان جریان در کانال دایره­ای با سرریز جانبی در رژیم جریان فوق­بحرانی با استفاده از نرم­افزار فلوتری­دی شبیه­سازی شد. همچنین آشفتگی میدان جریان توسط مدل آشفتگی RNG k-e  و تغییرات سطح آزاد با استفاده از روش VOF مدل­سازی گردید. در ابتدا نتایج مدل عددی با داده­های آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده و انطباق مناسبی بین نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی و داده­های آزمایشگاهی حاصل شد. در عمل، کانال­های مورد استفاده در شبکه­های آبرسانی و سیستم­های جمع­آوری فاضلاب شیب­دار هستند، بنابراین اثرات تغییر شیب کف کانال دایره­ای بر روی مشخصات هیدرولیکی میدان جریان در امتداد سرریز جانبی نیز مورد بررسی قرار گرفت. با افزایش شیب کف کانال اصلی، سطح آزاد جریان در امتداد سرریز جانبی کاهش می­یابد. همچنین بر اساس نتایج شبیه­سازی، با افزایش شیب کف کانال دایره­ای، مقدار انرژی مخصوص افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effect of the Bed Slope Change of Circular Channel on Supercritical Flow Along the Side Weir

نویسندگان [English]

  • H Azimi 1
  • S Shabanlou 2
1 M.Sc. of Water Engin., Dept. of Civil Engin., Razi University, Kermanshah, Iran
2 Assis. prof., Dept. of Water Engin., Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

Side weirs are of main hydraulic structures which are widely used in flow diversion systems and drainage networks. Also, circular channels are used as the main channel for flow transmission in sewage disposal systems and irrigation networks. In this study, pattern and field of the passing flow within circular channel along the side weir under supercritical flow regime was simulated using FLOW-3D software. Also, the flow field turbulence and variations of the free surface have been simulated using RNG k-e turbulence model and VOF scheme, respectively. Comparing numerical simulations with experimental results showed the reasonable accuracy of numerical model. In practice, transport channels used in irrigation networks and urban sewage disposal are steep. Therefore, the effect of bed slope variations on the hydraulic characteristics of flow field along the side weir was investigated. By increasing the main channel bed slope the free surface of flow along the side weir was decreased. According to simulation results, by increasing the circular channel bed slope the specific energy was increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bed slope of main channel
  • Circular channel
  • Numerical simulation
  • Side weir
  • Supercritical flow
 
Aydin MC, 2012. CFD simulation of free-surface flow over triangular labyrinth side weir. Advances in Engineering Software 45: 159–166.
Aydin MC and Emiroglu ME, 2013. Determination of capacity of labyrinth side weir by CFD. Flow Measurement and Instrumentation 29: 1–8.
Borghei SM, Jalili MR and Ghodsian M, 1999. Discharge coefficient for sharp crested side- weirs in subcritical flow. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 125 (10): 1051-1056.
Coonrod J, Ho J and Bernardo N, 2009. Lateral outflow from supercritical channels. Proc., 33rd International Association of Hydraulic Engineering & Research (IAHR) Congress: Water Engineering for a Sustainable Environment, IAHR, Madrid, Spain Pp.123-130.
El-Khashab AMM, 1975. Hydraulics of flow over side weirs. Ph.D Thesis, University of Southampton, England.
El-Khashab A and Smith KVH, 1976. Experimental investigation of flow over side weirs. Journal of the Hydraulic Division ASCE 102(9): 1255-1268.
FLOW-3D Version 10.0 [Computer Software]. Flow Science, Santa Fe.NM
Hager WH, 1982. Die Hydraulik von Verteilkanaelen (in German). Teil 1-2, Mitteilung Nr.55 56, Versuchanstalt fur Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETh, Zurich.
Hosseini M and Abrishami J, 2005. Open Chanel Hydraulic. Astan Ghods Razavi, Mashhad, Iran.
Pathirana KPP, Munas MM and Jaleel ALA, 2006. Discharge Coefficient for Sharp-Crested Side Weir in Supercritical Flow. Journal of the Institution of Engineers, Sri Lanka 39(2): 17-24.
Qu J, 2005. Three dimensional turbulence modeling for free surface flows. PhD Thesis, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.
Rao KH and Pillai CR, 2008. Study of flow over side weirs under supercritical conditions. Water Resources Management 12: 131–143.
Singh R, Manivannan D and Satyanarayana T, 1994. Discharge coefficient of rectangular side- weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering ASCE 120(4): 814-819.
Subramanya K and Awasthy SC, 1972. Spatially varied flow over side- weirs. Journal of the Hydraulics Division ASCE 98(1): 1-10.
Tadayon R, 2009. Modelling curvilinear flows in hydraulic structures. PhD Thesis, Concordia University, Montreal, Quebec, Canada.
Vatankhah AR, 2012. Analytical solution for water surface profile along a side weir in a triangular channel. Flow Measurement and Instrumentation 23(1): 76-79.
Vatankhah AR, 2013. Water surface profile along a side weir in a parabolic channel. Flow Measurement and Instrumentation 32: 90-95.
Uyumaz A, 1992. Side weir in triangular channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering ASCE 118(6): 965-970.
Uyumaz A and Muslu Y, 1985. Flow over side weirs in circular channels. Journal of the Hydraulic Engineering ASCE 111(1): 144-160.