مدلسازی فیزیکی و عددی بلوکهای کاهنده انرژی بر روی سرریزهای آزاد

سازه های مستهلک کننده انرژی در مواردی که انرژی جنبشی زیاد جریان منجر به خرابی هایی از قبیل فرسایش کانال پایاب، سایش سازه های هیدرولیکی یا پدیده ی آبشستگی شود، از اهمیت زیادی برخوردار می شوند. گرچه مستهلک نمودن انرژی به وجود آمده از وظایف اصلی سیستم های کاهنده انرژی در پایین دست می باشد، ولی کاهش انرژی جریان قبل از تخلیه کامل از سرریز می-تواند سبب کاهش قابل توجه انرژی ورودی به پایاب شده و در نهایت به صرف هزینه های کمتر در ساخت سازه های استهلاک انرژی در پایاب سد منجر شود. از این رو یکی از گزینه های قابل توجه از نظر استهلاک انرژی و همچنین از نظر اقتصادی، استفاده از سرریزهای با مانع می باشد. وجود بلوک بر روی سرریز باعث آشفتگی و هوا گیری بیشتر جریان گشته و با انتشار هرچه بیشتر آن در هوا باعث کاهش مقدار قابل توجهی از انرژی جت می گردند. در تحقیق حاضر جهت بررسی پراکنش جت خروجی از سرریز سد و استهلاک انرژی جریان، طرح های مختلفی از بلوک های شکافنده جریان (از نظر چیدمان، تعداد و ابعاد بلوک) بر روی سرریز نصب و تأثیر آنها در کاهش انرژی هیدرولیکی در پایین دست مطالعه شد. این مطالعات در ابتدا برای 6 شدت جریان مختلف و در قالب 90 آزمایش بر روی سیستم تخلیه سیلاب مدل هیدرولیکی سد خرسان3 در موسسه تحقیقات آب انجام شد. سپس مدل فوق در نرم افزار fluent شبیه سازی گردید و پس از کالیبراسیون و صحت سنجی، به منظور بررسی تأثیر پارامترهایی که در آزمایشگاه مورد بررسی قرار نگرفته است، تغییراتی در چیدمان بلوک های نصب شده بر روی سرریز ایجاد، و روند تغییرات درصد استهلاک انرژی در پایین دست مطالعه شد. در مطالعات مدل فیزیکی حاضر برای اندازه گیری انرژی جت آب خروجی از سرریز، سکویی از جنس پلکسی گلاس که پیزومترهایی بر روی آن تعبیه شده است، ساخته شد و در محل فرود جت آب قرار گرفت. در نهایت فشار جت آب خروجی از سرریز برای حالت های متفاوت چیدمان بلوک، قبل از ورود جت آب به حوضچه استغراق توسط دستگاه ترانسدیوسر اندازه گیری شد. نتایج حاصل از این مطالعات نشان دهنده ی تأثیر هندسه بلوک و نحوه چیدمان بلوکها، بر میزان استهلاک انرژی جت آب خروجی از سرریز، در شدت جریان های مختلف بوده و امکان مقایسه بین حالات مختلف چیدمان بلوک را از نظر استهلاک انرژی فراهم می آورد. در نهایت با مقایسه حالت-های مختلف، معیارهای مناسب مهندسی برای طراحی و استفاده از بلوک های کاهنده انرژی بر روی سرریزهای آزاد حاصل می شود.