بررسی عددی جریان روی سرریزهای کنگره ای با مقطع ذوزنقه ای توام با حضور تیغه شکافنده جریان و بدون آن

چکیده: 

هنگامی‌که ارتفاع سطح آب دریاچه پشت سد به حداکثر مقدار خود برسد و در همین زمان سیل دیگری اتفاق بیفتد، بایستی وسیله‌ای در سد تعبیه شده باشد که بتواند این آب اضافی را از سد خارج کند. ساختمان هیدرولیکی را که بدین منظور استفاده می کنند سرریز می نامند. ایمنی سدها به طور اهم ارتباط مستقیم و تنگاتنگی با کفایت ظرفیت سرریز دارد. بیشتر شکست سدها در اثر عبور آب از روی تاج آن‌ها به وقوع می پیوندد که مهمترین عامل آن کافی نبودن ظرفیت سرریز است. سرریز های کنگره‌ای با ارتفاع‌های تاج متفاوت سرریزهای کنگره‌ای طبقه‌ای نامیده می‌شوند. به منظور محدود کردن جریان پایه به قسمتی از مقطع تاج و یا تامین دبی هیدروگراف لازم استفاده می‌شوند. جریان سه بعدی عبوری از روی سرریز کنگره‌ای پله‌ای بسیار پیچیده است و راه حل‌های دقیقی برای تحلیل روابط هد- دبی وجود ندارد. بنابراین بررسی این سرریزها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق با بررسی تاثیر پارمترهای هندسی و هیدرولیکی مشخص شد که با افزایش مقدار بار هیدرولیکی نسبی جریان (h/p) ضریب دبی جریان کاهش می‌یابد. با محاسبه ضریب دبی متوسط برای هر یک از مدل‌های سرریز با ارتفاع‌های مختلف مشخص شد که با کاهش ارتفاع سرریز ضریب دبی افزایش می‌یابد. اما این میزان افزایش در حد محسوسی نبوده و در نسبت h/p پایین به‌طور میانگین حدود 5 درصد می‌باشد همچنین با افزایش بار آبی نسبی، ضریب دبی برای ارتفاع‌های مختلف بسیار نزدیک بوده و عملا ارتفاع سرریز تاثیری روی ضریب دبی ندارد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش زاویه سرریز در امتداد جریان در طول دماغه ثابت، طول موثر سرریز کاهش یافته و سبب افزایش ضریب دبی جریان می‌شود، زیرا طول موثر با ضریب دبی رابطه معکوس دارد همچنین ‌با افزایش طول دماغه روند افزایش ضریب دبی به واسطه افزایش زاویه سرریز، کاهش می‌یابد. از بین مدل‌های مختلف شبیه‌سازی شده، مدل 1 با زاویه 15 درجه در هر سه ارتفاع سرریز دارای کمترین مقدار ضریب دبی و مدل 5 با زاویه 30 درجه و طول دماغه 7 سانتی‌متر برای هر سه ارتفاع سرریز دارای بیشترین ضریب دبی می‌باشد. بررسی تاثیر پایین افتادگی‌ها روی ضریب دبی سرریز کنگره‌ای نشان می‌دهد که بیشترین میزان افزایش ضریب دبی به ترتیب مربوط به مدل‌های سرریز کنگره‌ای با پایین افتادگی در سه تاج، پایین افتادگی در سیکل میانی، پایین افتادگی در دو تاج بالادست و تاج پایین افتادگی در تاج پایین می‌باشد. نتایج بررسی روی ضریب دبی سرریز در سرریز با پایین افتادگی تاج در حالت‌های با و بدون تیغه شکافنده جریان نتایج نشان می‌دهد که به ازای بار آبی 6 سانتی‌متر ضریب دبی جریان در حالت با تیغه شکافنده به طور متوسط در هر چهار مدل 1/1 درصد و به ازای بار آبی 12 سانتی‌متر به طور متوسط  15/0 درصد کاهشمی‌یابد. برای بار آبی 14 سانتی‌متر به دلیل افزایش ضخامت آب روی سرریز، تیغه شکافنده تاثیری روی مقدار ضریب دبی جریان ندارد. بنابراین می‌توان گفت تیغه‌های شکافنده جریان در هدهای پایین موجب کاهش ضریب دبی و با افزایش هد عملا بی‌اثر می‌شوند. همچنین نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد ضریب دبی در مدل 13 (با سه تیغه شکافنده)، تنها 45/0 درصد کمتر از مدل 10 (با یک تیغه شکافنده در پایین دست) می‌باشد. بنابراین تعداد تیغه شکافنده و یا موقعیت تیغه شکافنده تاثیر چندانی روی ضریب دبی جریان ندارد.