بررسی نحوه اتصال سرریزهای اوجی آزاد به تندآب پلکانی

چکیده: استفاده از سرریزهای پلکانی ضمن اینکه موجب کاهش سرعت و افت انرژی جریان از طریق ایجاد تلاطم در طول سازه می گردد، باعث افزایش خودپالایی رودخانه به واسطه هوادهی مناسب در ناحیه پلکان های سرریز نیز می شود. هیدرولیک این نوع سرریزها از پیچیدگی زیادی برخوردار است، و علت آن نیز عبور جریان دو فازی از روی یک سری پله های طراحی شده می باشد، که در این تحقیق با استفاده از نرم افزار flow 3dجهت مدل سازی سرریز استفاده شده است. از روش تفاضلات محدود اقدام به حل معادلات ناویر استوکس، به منظور حل میدان جریان، مدل آشفتگی rngبرای مدل سازی هوای ورودی به جریان های آشفته و از روش حجم سیال vofبه منظور تعیین پروفیل سطح آب استفاده شده است. این مطالعه شامل بررسی آزمایشگاهی جریان مخلوط آب و هوای عبوری از روی سرریز پلکانی به منظور تعیین میزان پراکنش انرژی و نقطه شروع ورود هوا به جریان می باشد. این مطالعات بر روی مدل آزمایشگاهی مربوط به سد ژاوه در مرکز تحقیقات آب انجام شده است. به منظور افزایش مشاهدات و عمومیت یافتن آن ها برای شرایط مختلف هندسی و هیدرولیکی از مدل آزمایشگاهی سدهای سیاه بیشه بالا و سیاه بیشه پایین و مطالعات آزمایشگاهی گذشته نیز استفاده شده است. به این ترتیب محدوده وسیعی از متغیرها در این مطالعه دیده شده است. میزان افت انرژی از دو روش مختلف محاسبه شده است.در روش اول، جریان عبوری از سرریز به دو بخش یکنواخت و غیریکنواخت تقسیم شده است. افت انرژی در بخش یکنواخت برابر با افت ارتفاع فرض شده است و رابطه ای برای افت انرژی در قسمت غیریکنواخت ارائه شده است. در روش دوم، یک رابطه کلی بدون جدا کردن بخش-های یکنواخت و غیریکنواخت ارائه شده است. همچنین برای تعیین محل نقطه شروع ورود هوا به جریان یک رابطه کلی ارائه شده است. مقایسه نتایج، رابطه رگرسیون مناسب تری را برای محاسبه افت انرژی بر روی سرریز پلکانی و محل نقطه شروع ورود هوا به جریان در این مطالعه نسبت به مطالعات گذشته نشان می دهد. نتایج به دست آمده از رابطه دوم محقق برای افت انرژی نسبی کل دارای خطای استاندارد 53/3 نسبت به نتایج واقعی (آزمایشگاهی) می باشد و رابطه اول محقق که جریان را به دو قسمت یکنواخت و غیریکنواخت تفکیک می کند دارای خطای استاندارد 79/2 می باشد، در حالی که نتایج به دست آمده از رابطه یزدانی و بویس هیگر به ترتیب دارای خطای استاندارد 7/13 و 86/7 می باشد. کلمات کلیدی:سرریز پلکانی- اتلاف انرژی-مدل عددی-flow 3d