این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
مهندسی عمران مدرس، جلد ۲۵، شماره ۶، صفحات ۰-۰
عنوان فارسی مطالعه عددی استهلاک انرژی و هوادهی جریان بر روی سرریزهای پلکانی مسطح
چکیده فارسی مقاله برای جلوگیری از فرسایش­ و کاهش انرژی جنبشی در هنگام عبور جریان از روی سرریز یک سد، باید در انتخاب نوع سرریز دقت لازم را بکار برد. یک راه حل ممکن، استفاده از سرریز پلکانی به جای سرریز صاف (بدون پله) است. سرریز پلکانی از جمله سازه­های هیدرولیکی شناخته شده است که به دلیل داشتن سطح ناهموار، تاثیر زیادی بر استهلاک انرژی جریان دارد. در این تحقیق، مدل­های عددی از سرریز پلکانی دارای شیب­ و پله­های مختلف برای بررسی شرایط جریان مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه سازی­ جریان روباز از نرم افزار ANSYS  و مدل آشفتگی k-ε استفاده شد. میدان حل جریان تا رسیدن باقیمانده­ها به مقدار 10-7"" ادامه یافت. در تحقیق حاضر، برای بررسی دقیق پدیده اختلاط دو فاز آب و هوا و رفتار سطح آزاد جریان، از شبیه­سازی عددی و با کاربرد مدل Volume of Fluid (VOF) استفاده شد. در مقایسه با مدل­های ساده­تر مانند Mixture که صرفاً بر اساس میانگین­گیری از خواص دو فاز عمل می­کند، مدل VOF  با تفکیک دقیق فازها و در نظر گرفتن اثرات سطح مشترک، قادر به شبیه­سازی دقیق­تری از پدیده­هایی مانند اختلاط سیال­ها، جریان­های توربولانسی و انتقال حرارت در جریان­های چندفازی است. بخشی از مشخصات هیدرولیکی که در طراحی سرریزهای پلکانی مدنظر قرار گرفت، شامل فشار بر روی سطوح پله­ها، توزیع سرعت بر روی پله­ها و استهلاک انرژی است. نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی با تعدادی از مدل­های آزمایشگاهی مقایسه شد و نتایج حاکی از انطباق قابل قبول مدل عددی با مدل­های فیزیکی بود. نتایج نشان داد که با افزایش دبی جریان و شیب سرریز، استهلاک انرژی جریان کاهش می­یابد. در سرریز 5 پله­ای به ازای دبی 063/0 متر مکعب بر ثانیه، مقدار استهلاک انرژی در شیب 6/26 درجه از 85 درصد به مقدار 82 درصد در شیب 45 درجه رسیده که کاهش 3 درصدی را نشان می­دهد. در یک سرریز با ارتفاع ثابت، با افزایش تعداد پله، مقدار استهلاک انرژی به دلیل کوچک شدن ابعاد پله کاهش می­یابد.
کلیدواژه‌های فارسی مقاله استهلاک انرژی،شبیه‌سازی عددی،سرریز پلکانی،مدل تلاطم،توزیع سرعت،ANSYS
عنوان انگلیسی Numerical investigation of energy dissipation and flow aeration on flat stepped spillways
چکیده انگلیسی مقاله In order to facilitate the release of floods from the dams and to prevent their damage or collapse, a structure called a spillway is used. Due to the natural and variable flow of the input to the reservoirs of the dams, there are times when the river inflow exceeds the consumption amount in the downstream agricultural lands. In these cases, excess water is discharged over the crest of the weir and flows towards the spillway, which causes high velocities. This high velocity creates low pressure areas on the spillway concrete surface, which can cause major damage to the spillway or even endanger the integrity of the dam structure. Therefore, the dam spillway must safely dissipate the kinetic energy. One of the types of weirs is the stepped spillway to facilitate the passage of the flow over the dams. One of the most obvious practical features of stepped spillways compared to other spillways is the considerable energy dissipation along the spillway. Care should be taken in designing and selecting the type of spillway to prevent potential erosion and reduce kinetic energy as the water flow passes over the spillway. One possible solution is to use a stepped spillway instead of a smooth spillway. In this study, a numeral model of a stepped spillway with different steps and slopes is used. For this purpose, ANSYS software is used for modeling free surface with application of k-ε turbulence model. In the present study, numerical simulation using the Volume of Fluid (VOF) model was used to investigate the mixing phenomenon of two phases of air and water of the free surface flow. The flow field was continued until the residuals reached 10-7. Compared to simpler models such as Mixture, which operates solely on the basis of averaging the properties of two phases, the VOF model, is separating the phases and considering the effects of the interface. The VOF model, is capable of more accurate simulation of phenomena such as fluid mixing, turbulent flows, and heat transfer in multiphase flows. A number of hydraulic specifications which are considered in designing the stepped spillways are the pressure on the surface of the steps, velocity distribution and energy dissipation. The results from the numerical models were compared with experimental studies. They showed acceptable agreement with physical simulations. Results show that discharge and spillway slope increment reduces the amount of energy loss. In the spillway with 5 steps, for a discharge of 0.063 m3/s, the amount of energy dissipation at a slope of 26.6 degrees changes from 85 to 82% at a slope of 45 degrees, which shows a decrease of 3%. With the increase in discharge, the flow depth increases and reduces the effect of the roughness of the steps on the upper layers of the flow. Increasing the height of the steps increases the rate of energy dissipation and also increases the occurrence of negative pressures in stepped spillway. In this case, the contact surface between the main flow and the eddy currents increases. With the increase in the height of the steps, the dimensions of the rotating vortices also increase and cause a larger radius of rotation on the steps. The presence of these large rotating vortices separates the flow from the bottom of the steps and reduces the pressure on the surfaces. The number and dimensions of steps can alter the energy dissipation rate. Increase in the number of steps in a spillway with constant height, reduces the energy loss as the result of steps dimensions being shrunk
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله ANSYS,energy dissipation,numeral simulation,stepped spillway,turbulence model,velocity distribution
نویسندگان مقاله مهدی شکری کاوه | Mehdi Shokri Kaveh
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

دکتر فرزین سلماسی | Farzin Salmasi
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز،

اکرم عباسپور | Akram Abbaspour
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

نشانی اینترنتی http://mcej.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-77291-3&slc_lang=fa&sid=16
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی اصیل (کامل)
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات