شبیه‌سازی عددی جریان در سررریزهای کلید پیانویی با بررسی اثر شیب آستانه در کلیدهای ورودی و خروجی

نوع: Type: پایان نامه

مقطع: Segment: کارشناسی ارشد

عنوان: Title: شبیه‌سازی عددی جریان در سررریزهای کلید پیانویی با بررسی اثر شیب آستانه در کلیدهای ورودی و خروجی

ارائه دهنده: Provider: محیا رحیمی یگانه

اساتید راهنما: Supervisors: دکتر جلال صادقیان

اساتید مشاور: Advisory Professors:

اساتید ممتحن یا داور: Examining professors or referees: دکتر جلال اکبری و دکتر بهرام رضایی

زمان و تاریخ ارائه: Time and date of presentation: ساعت 10 - 1403/12/25

مکان ارائه: Place of presentation: کلاس 43

چکیده: Abstract: سرریزها از جمله سازه‌های هیدرولیکی هستند که برای تخلیه سیلاب‌های اضافی بیش از ظرفیت ذخیره سد طراحی می‌شود. یکی از انواع سرریزها که کاربرد ویژه‌ای در مهندسی سدسازی دارد، سرریزهای کلید پیانویی هستند. این نوع سرریزها با طراحی خاص خود، ظرفیت تخلیه دبی بیشتری نسبت به سرریزهای مستقیم دارند. این تحقیق به بررسی عددی تأثیر زاویه آستانه در کلیدهای ورودی و خروجی سرریزهای کلید پیانویی بر روی الگوی جریان، پروفیل سطح جریان، ضریب دبی و راندمان سرریز پرداخته است. از این رو شش زاویه آستانه شامل 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درجه در پنج نسبت بار آبی (H/P) در محدوده 23/0 تا 70/0 با ارتفاع ثابت سرریز (P) 15/0 متر انتخاب شدند. در این تحقیق از نرم‌افزار FLOW-3D برای شبیه‌سازی جریان استفاده شد. مقایسه نتایج عددی با آزمایش‌های اشجع‌اروان (1401) نشان داد که میانگین خطای مطلق (MAE) برای عمق جریان روی تاج سرریز (H) 009/0 متر و برای ضریب دبی 037/0 بود. میانگین درصد خطای نسبی (APE) برای عمق جریان روی تاج سرریز 08/4 درصد و برای ضریب دبی 51/6 درصد حاصل شد که نشان‌دهنده دقت بالای مدل شبیه‌سازی در پیش‌بینی جریان عبوری از مدل‌های سرریز کلید پیانویی است. نتایج پروفیل سطح جریان نشان داد که در نسبت‌های آبی کم، افتادگی سطح جریان بیشتر بود و با کاهش زاویه آستانه از 90 درجه به 15 درجه، افتادگی سطح جریان کاهش می‌یابد و تیغه‌های جریان ریزشی سریع‌تر به پایین‌دست منتقل می‌شدند. در مقایسه با سایر مدل‌ها، سرریز با زاویه آستانه 90 درجه، جریان بیشتری عبور می‌داد و عمق جریان در پایین دست سرریز بیشتر از سایر مدل‌ها بود. نتایج الگوی جریان نشان داد که در تمامی مدل‌ها و در نسبت H/P کم، تیغه جریان ریزشی به‌صورت چسبیده به دیواره سرریز می‌باشد و نیاز به تعبیه سیستم هوادهی احساس می‌شد. ولی با افزایش نسبت H/P، تیغه جریان ریزشی به‌صورت هوادهی شده ریزش می‌کرد و نیاز به هوادهی نداشت. آستانه در داخل کلید خروجی، باعث انتقال محل ریزش جریان انحرافی از کناره به بالادست سرریز شده و از تجمع آن‌ها در انتهای دهانه جلوگیری می‌کند. سرریز کلید پیانویی با زاویه آستانه 90 درجه عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‌های سرریز کلید پیانویی در انتقال جریان به پایین‌دست دارد. در بررسی تغییرات ضریب دبی و راندمان سرریزهای کلید پیانویی در برابر تغییرات زاویه آستانه، مشخص شد که با افزایش زاویه آستانه، ضریب دبی و راندمان و جریان دبی عبوری از سرریز افزایش می‌یابد. در تمامی مدل‌ها، بیشترین ضریب دبی و راندمان و دبی عبوری از سرریز برای زاویه آستانه 90 درجه مشاهده شد. به طور خاص، در نسبت آبی کم (H/P=0.23)، افزایش زاویه آستانه از 15 درجه به 90 درجه باعث افزایش ضریب دبی به میزان 66/21 درصد و راندمان به میزان 66/21 درصد شد. با افزایش نسبت آبی (H/P)، ضریب دبی و راندمان کاهش می‌یابد. نتایج بدست آمده هم‌خوانی با نتایج سایر مطالعات گذشته دارد. افزایش ارتفاع سرریز از 10/0 متر به 15/0 متر موجب افزایش ضریب دبی به میزان 36/65 درصد و افزایش دبی عبوری از سرریز تا 39/68 درصد شد. در نهایت، مقایسه نتایج تحقیق حاضر با سایر مطالعات نشان داد که سرریزهای کلید پیانویی با دماغه مثلثی نسبت به دماغه‌های مستطیلی عملکرد بهتری دارند. همچنین بطور متوسط راندمان سرریز کنگره‌ای مثلثی نسبت به سرریز کنگره‌ای ذوزنقه‌ای و سرریز کلید پیانویی مستطیلی با زاویه آستانه 90 درجه، به ترتیب 42/2 درصد و 50/37 درصد بیشتر بود.

فایل: ّFile: تنزيل فایل