نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران

بررسی مدل عددی و آزمایشگاهی تاثیر توام ایجاد سیکل اضافی و قرارگیری شکافنده جریان در عملکرد هیدرولیکی سرریز زیگزاگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد درخشانی فرد 1
محمد حیدرنژاد 2
علیرضا مسجدی 3
امین بردبار 2
اصلان اگدرنژاد 4
1 دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
2 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.
3 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد اهواز
4 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران
10.22125/iwe.2024.432302.1779
چکیده
در تحقیق حاضر با ایجاد سیکل اضافی در طول بال جانبی و قرارگیری شکافنده جریان بر روی سرریز های زیگزاگی مثلثی و ذوزنقه‌ای به بررسی آزمایشگاهی و عددی ضریب آبگذری پرداخته شد. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد ایجاد سیکل اضافی تاثیر مثبتی در سرریز TRTPIO بهمراه داشته و موجب شده که ضریب آبگذری و نیز عملکرد هیدرولیکی آن نسبت به قرارگیری توام شکافنده جریان افزایش یابد. این درحالی است که ایجاد سیکل اضافی و قرارگیری شکافنده جریان بر روی سرریز زیگزاگی بصورت همزمان موجب شد تا سرریز TPTPIO بهمراه 4 عدد شکافنده جریان نسبت به دیگر مدل ها دارای ضریب آبگذری بیشتری باشد.ارزیابی کمی نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که بطور مثال در نسبت هد هیدرولیکی 24/0، ضریب آبگذری سرریز TRTPIO نسبت به سرریزهای TPTPIO، TPTPIO همراه با 4 عدد شکافنده جریان، TRTPIO همراه با 4 عدد شکافنده جریان، آریامنش به ترتیب به میزان 21، 5/8 و 21 درصد دارای ضریب آبگذری بیشتری بوده است؛ از طرفی سرریز Mattos-Villarroel نسبت به TRTPIO به میزان 8/7 درصد دارای ضریب آبگذری بیشتری بوده است.همچنین نتایج مدلسازی عددی و آزمایشگاهی تطابق خوبی با یکدیگر داشتند؛ به طوری که سرریزها تمامی مراحل هیدرولیکی شامل چسبندگی، هوادهی کامل، هوادهی جزئی و خفگی را طی نمودند که حاکی از عملکرد مناسب سرریزها است.نتایج مدلسازی عددی نشان داد که با افزایش هد هیدرولیکی، ضریب آبگذری کاهش می یابد ضمن آنکه افزایش هد هیدرولیکی در سرریزهای زیگزاگی باعث افزایش تداخل تیغه های جریان، افت انرژی، استغراق موضعی و در نهایت کاهش راندمان هیدرولیکی سرریز می شود.
کلیدواژه‌ها
هد هیدرولیکی
ظرفیت آبگذری
شکافنده جریان
ضریب دبی
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of the Experimental and Numerical Modeling of the Effect of Creating an Additional Cycle and Placement of the Nappe Breaker on the Hydraulic Performance of the Labyrinth Weir

نویسندگان English

Mohammad Derakhshanifard 1
mohammad heydarnezhad 2
Alireza Masjedi 3
Amin Bordbar 2
Aslan Egdarnejad 4
1 Phd Student, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
2 Department of Water Science and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
3 Professor. Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
4 Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده English

The results of the dimensional analysis by Buckingham method showed that the discharge coefficient(Cd), function "Ht/P" (represents the total hydraulic head ratio (total hydraulic head to the height of the weir)), "Sf" (represents the form factor of the weir) and "Nnp".Physical and numerical modeling was done in a rectangular flume with the length of 8 meters, width of 0.6 meters and height of 0.6 meters.The results of the study showed that creating an additional cycle has a positive effect on the TRTPIO weir, and it causes the discharge coefficient as well as its hydraulic performance to increase compared to the placement of the nappe breaker.creating an additional cycle and placing the nappe breaker on the labyrinth weir at the same time makes the TPTPIO weir with 4 nappe breakers have a higher discharge coefficient than other models.Quantitative evaluation of the results of this study shows that, for example, in the hydraulic head ratio of 0.24, the discharge coefficient of TRTPIO weir compared to TPTPIO weir, TPTPIO with 4 nappe breakers, TRTPIO with 4 nappe breakers, is 21, 8.5 and 21% have higher discharge coefficient; On the other hand, the Mattos-Villarroel weir has a higher discharge coefficient than the TRTPIO weir by 7.8%.The results of numerical modeling showed that with the increase of hydraulic head, the discharge coefficient decreases.while the increase of hydraulic head in labyrinth weirs causes an increase in the interference of nappe flow, energy loss, local submergence, and finally, a decrease in the hydraulic efficiency of the weir.

کلیدواژه‌ها English

hydraulic head
an additional cycle
nappe breaker
discharge coefficient
تروجنی، س. م.، عمادی، ع. ر.، دهقانی، ا. ، و مسعودیان، م. (1396). بررسی آزمایشگاهی ضریب دبی سرریزهای کنگره ای ذوزنقه‌ای شکل. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، دوره 5، شماره 11، ص 864-852.
غریبوند، ر.، حیدرنژاد، م.، کشکولی، ح.، حسونی‌زاده، ه.، و کمان‌بدست، ا. (1399). بررسی عددی هیدرولیک جریان در سرریزهای کلیدپیانویی و زیگزاگی ذوزنقه ای. علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، دوره 24، شماره 1، ص 45-56.
فیلی، ج.، حیدرنژاد، م.، مسجدی، ع.، و اسدی‌لور، م. .(1400) بررسی آزمایشگاهی اثر هندسه سرریزهای زیگزاکی قوسی ذوزنقه‌ای بر ضریب دبی جریان. مهندسی منابع آب، دوره 14، شماره 51، ص 73-86.
Aghashirmohammadi, G., Heidarnejad, M., Purmohammadi, M. H., & Masjedi, A. 2023. Experimental and numerical study the effect of flow splitters on trapezoidal and triangular labyrinth weirs. Water Science, 37(1): 28-39. https://doi.org/10.1080/23570008.2023,2210391
Anderson, R. M. T., B. P. 2013. Piano Key Weir hydraulics and labyrinth weir comparison. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139: 246-253.
Ariyamanesh, A., & Heidarnejad, M. 2020. Laboratory investigation of the discharge coefficient of triangular labyrinth weirs with and without slots and comparing them with piano key weirs. Irrigation and Drainage, 69(5) : 1167-1175. https://doi.org/10.1002/ird.2509
Bahrehbar, A., Heidarnejad, M., Masjedi, A., Kamanbedast, A., & Bordbar, A. 2018. Comparing the Discharge Coefficients of Labyrinth Weir Featuring Different Geometries and Laboratory Model Using Flow-3D Software. Iranian Journal of Irrigation and Drainage, 4(12) : 982-993.
Bonakdari, H., Ebtehaj, I., Gharabaghi, B., Sharifi, A., & Mosavi, A. 2020. Prediction of Discharge Capacity of Labyrinth Weir with Gene Expression Programming. Preprints, 2020010313. https://doi.org/10.20944/preprints 202001.0313.v1
Esmailzadeh, S., Esmaili, K., Khodashenas, S. R., & Arjomandkia, F. 2018. Comparison of Numerical and Laboratory Modeling in the Estimation of the Labyrinth Weirs Discharge Coefficient: Investigating Different Overflow Location Modes. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 12(3): 503–511.
Feili, J., Heidarnejad, M., Masjedi, A. R., & Asadilour, M. 2021. Experimental study of discharge coefficient of trapezoidal arced labyrinth weirs of widened middle cycle. Flow Measurement and Instrumentation, 79: 101946. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2021.101946
Gebhardt, M., Merkel, J., Belzner, F., & Thorenz, C. 2017. A comparison of side weirs and labyrinth weirs at Ilmenau river, Labyrinth and Piano Key Weirs III, PKW 2017 (Erpicum & et al, Eds.). Taylor & Francis Group.
Ghaderi, A., Daneshfaraz, R., Abraham, J., & Torabi, M. A. 2020. Effect of Different Channels on Discharge Coefficient of Labyrinth Weirs. Technical note.
Gharibvand, R., Heidarnejad, M., Kashkoli, H. A., Hasounizadeh, H., & Kamanbedast, A. A. 2018. Numerical analysis of flow hydraulic in trapezoidal labyrinths and piano key weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 64: 64-70. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.011
Hay, N., & Taylor, G. 1970. Performance and design of labyrinth weirs. Journal of Hydraulic division, ASCE, 96: 2337-2357.
Karimi, M., Jalili Ghazizadeh, M. R., Saneie, M., & Attari, J. 2019. Flow characteristics over asymmetric triangular labyrinth side weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 68: 101574.
Mattos-Villarroel, E., Díaz-Delgado, C., Flores-Vel´azquez, J., Ojeda-Bustamante, W., & Salinas-Tapia, H. 2021. Influence of crest geometric on discharge coefficient efficiency of labyrinth weirs. Flow Measurement and Instrumentation, 81: 102031.
Monjezi, R., Heidarnejad, M., Masjedi, A. R., Purmohammadi, M. H., & Kamanbedast, A. 2018. Laboratory Investigation of the Discharge Coefficient of Flow in Arced Labyrinth Weirs with Triangular Plans. Flow Measurement and Instrumentation, 64: 64-70. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2018.10.011
Tullis, B. P., Young, J. C., & Chandler, M. A. 2007. Head-discharge relationship for submerged labyrinth Weir. Journal of Hydraulic Engineering, 133(3): 248–254.
Zamiri, E., Karami, H., & Farzin, S. 2018. Studying the effect of shape changes in plan of labyrinth weir on increasing flow discharge coefficient using Flow-3D numerical model. Irrigation Sciences and Engineering (JISE), 43(1): 101-116.
نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران
دوره 14، شماره 4 - شماره پیاپی 56
تابستان 1403
صفحه 109-127