
تعداد نشریات | 163 |
تعداد شمارهها | 6,762 |
تعداد مقالات | 72,836 |
تعداد مشاهده مقاله | 131,851,058 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 103,532,094 |
مدلسازی عددی تأثیر ایجاد روزنه در سرریزهای پلکانی روی استهلاک انرژی جریان با استفاده از مدل FLOW-3D | ||
تحقیقات آب و خاک ایران | ||
دوره 56، شماره 3، خرداد 1404، صفحه 589-606 اصل مقاله (1.69 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/ijswr.2025.383840.669816 | ||
نویسندگان | ||
مهدی دریائی* 1؛ سیده معصومه شریفی2؛ امیررضا شهریاری2؛ سید محمود کاشفی پور2؛ محمدرضا زایری2 | ||
1گروه سازه های آبی- دانشکده مهندسی آب و محیط زیست -دانشگاه شهید چمران اهواز-اهواز-ایران. | ||
2گروه سازههای آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران. | ||
چکیده | ||
سرریزهای پلکانی بهعنوان یکی از کارآمدترین سازههای هیدرولیکی برای استهلاک انرژی جریان، نقش مهمی در کاهش انرژی مخرب آب خروجی از مخازن سدها دارند. این سازهها با بهرهگیری از ویژگیهای هندسی خود، به استهلاک جریانهای آشفته و فوقبحرانی کمک میکنند. در این پژوهش، باهدف افزایش کارایی سرریزهای پلکانی در استهلاک انرژی، تأثیر ایجاد روزنههایی بر روی پلههای سرریز بررسی شده است. از نرمافزار FLOW-3D برای شبیهسازی عددی استفاده شد و دقت مدل با شاخصهای آماری ارزیابی شد. نتایج شبیهسازیها حاکی از آن است که مدل آشفتگی RNG بادقت بالایی قادر به شبیهسازی جریانهای آشفته بر روی سرریزهای پلکانی است (96/0R2= ) ایجاد روزنهها در کف پلهها نسبت به دیوارهها، استهلاک انرژی بیشتری ایجاد میکند. خروج جریان از روزنههای کف پلکان باعث برخورد جت آب به جریان عبوری از سرریز و کاهش بیشتر انرژی میشود. در مقابل، روزنههای دیوارهای به دلیل همجهت بودن با جریان سرریز، افت انرژی کمتری ایجاد میکنند. همچنین، افزایش تعداد روزنهها به بهبود عملکرد سرریز منجر شد. بهطور مشخص، ایجاد سه روزنه در کف سرریز توانست افت انرژی را نسبت به حالت بدون روزنه (شاهد)، ۱۶ درصد افزایش دهد. علاوه بر این ایجاد سه روزنه در کف دبی بیشتری را از سرریز عبور میدهد و عمق اولیه پرش هیدرولیکی در پاییندست سرریز را ۴۰ درصد افزایش داد. این نتایج نشاندهنده اثربخشی استفاده از روزنهها بهعنوان یک روش کارآمد برای بهبود عملکرد سرریزهای پلکانی در مدیریت جریانهای خروجی از سدها است. | ||
کلیدواژهها | ||
استهلاک انرژی جریان؛ افزایش دبی عبوری؛ سرریز پلکانی با روزنه؛ مدل عددی FLOW-3D | ||
مراجع | ||
Aminvash, E., & Roushangar, K. (2023). Numerical Investigation of the Effect of the Frontal Slope of Simple and Blocky Stepped Spillway with Semi-Circular Crest on Its Hydraulic Parameters. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 17(1), 102-116. (In Persian). Ashoor, A., & Riazi, A. (2019). Stepped Spillways and Energy Dissipation: A Non-Uniform Step Length Approach. Applied Sciences, 9 (23), 5071. https://www.mdpi.com/2076-3417/9/23/5071 Ashour, A., & Salah, E. (2023). Numerical Study of Energy Dissipation in Baffled Stepped Spillway Using Flow-3D. International Journal of Research in Engineering, Science and Management, 6 (11), 7-11. https://journal.ijresm.com/index.php/ijresm/article/view/2847 Chanson, H. (2002). Hydraulics of stepped chutes and spillways. CRC Press. Chanson, H. (2022). Energy dissipation on stepped spillways and hydraulic challenges—Prototype and laboratory experiences. Journal of Hydrodynamics, 34(1), 52-62. https://doi.org/10.1007/s42241-022-0005-8 Chanson, H., & Toombes, L. (2004). Hydraulics of stepped chutes: The transition flow. Journal of Hydraulic Research, 42(1), 43-54. https://doi.org/10.1080/00221686.2004.9641182 Crookston, B. M., Flake, L. K., & Felder, S. (2024). Flow Nonuniformity and Energy Dissipation in Moderate-Sloped Stepped Chutes with a Labyrinth Crest. Journal of Hydraulic Engineering, 150(5), 04024024. https://doi.org/doi:10.1061/JHEND8.HYENG-13881 Daryaee, M., Ahmadi, F., Peykani, P., & Zayeri, M. (2021). Prediction of longitudinal and transverse profiles of pressure flushing cones using artificial intelligence and data pre-processing. Water Supply, 22 (2), 1533-1545. https://doi.org/10.2166/ws.2021.333 Eslami, A. (2017). investigating the effect of interference flow on energy dissipation and hydraulic jump characteristics due to the presence of slots or pores in the bed and wall of stepped spillway. M.Sc. Thesis. Supervised by Kashefipour, SM. Ahvaz: Shahid Chamran University of Ahvaz, Faculty of Water and Environmental Engineering. (In Persian). Farooq, U., Li, S., & Yang, J. (2024). Numerical Analysis of Flow Characteristics and Energy Dissipation on Flat and Pooled Stepped Spillways. Water, 16(18), 2600. https://www.mdpi.com/2073-4441/16/18/2600 Ghaderi, A., & Abbasi, S. (2023). Numerical investigation of velocity distribution and flow characteristics over modified steps of stepped spillway. Journal of Hydraulics, 18(1), 81-104. (In Persian). Ghaderi, D., Ebrahimnezhadian, H., & Mollazadeh, M. (2023). A three-dimensional study of flow characteristics over different forms of stepped–labyrinth spillways in the skimming flow regime. AQUA - Water Infrastructure, Ecosystems and Society, 72 (8), 1415-1430. https://doi.org/10.2166/aqua.2023.030 Ghaderi, D., Ebrahimnezhadian, H., & Mollazadeh, M. (2024). Three-dimensional analysis of the performance of circular stepped spillways in the skimming flow regime. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 46 (7), 415. https://doi.org/10.1007/s40430-024-05004-8 Güven, A., & Mahmood, A. H. (2020). Numerical investigation of flow characteristics over stepped spillways. Water Supply, 21 (3), 1344-1355. https://doi.org/10.2166/ws.2020.283 Hirt, C. W., & Nichols, B. D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 39 (1), 201-225. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90145-5 Ikinciogullari, E. (2023). Stepped spillway design for energy dissipation. Water Supply, 23 (2), 749-763. https://doi.org/10.2166/ws.2023.016 Jahad, U. A., Chabuk, A., Al-Ameri, R., Majdi, H. S., Majdi, A., Al-Ansari, N., & Abed, S. A. (2024). Flow characteristics and energy dissipation over stepped spillway with various step geometries: case study (steps with curve end sill). Applied Water Science, 14 (3), 60. https://doi.org/10.1007/s13201-024-02110-9 Kalateh, F., Aminvash, E., & Daneshfaraz, R. (2024). On the hydraulic performance of the inclined drops: the effect of downstream macro-roughness elements. AQUA - Water Infrastructure, Ecosystems and Society, 73 (3), 553-568. https://doi.org/10.2166/aqua.2024.304 KC, M. R., & Crookston, B. (2024). A laboratory study on the energy dissipation of a bevel-faced stepped spillway for embankment dam applications. Proceedings of the 10th International Symposium on Hydraulic Structures (ISHS) 2024, Zurich, Switzerland. Khatsuria, R. M. (2004). Hydraulics of spillways and energy dissipators. CRC press. Liu, G., Qian, S., Feng, J., Xu, H., Ma, F., & Zhou, Y. (2025). Inception Line of Air Entrainment for Converging Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 151 (1), 06024010. Moghadam, M. K., Amini, A., & Moghadam, E. K. (2020). Numerical study of energy dissipation and block barriers in stepped spillways. Journal of Hydroinformatics, 23 (2), 284-297. https://doi.org/10.2166/hydro.2020.245 Moghaddam, A. K., Ahmadian, S., & Dashtibadfarid, M. (2017). Static Pressure Analysis in Stepped Chutes with Inclined and Horizontal Steps in Nappe and Skimming Flow Regimes. International Journal of Science and Engineering Investigations, 6(65). Mohammad Rezapour Tabari, M., & Tavakoli, S. (2016). Effects of Stepped Spillway Geometry on Flow Pattern and Energy Dissipation. Arabian Journal for Science and Engineering, 41 (4), 1215-1224. https://doi.org/10.1007/s13369-015-1874-8 Naseri, R., & Kashefipour, SM. (2022). The Effect of Gabion Stepped Spillway Porosity on Energy Dissipation and Characteristics of Downstream Hydraulic Jump of Weir. Irrigation Sciences and Engineering, 45 (1), 1-17. (In Persian) Nasralla, T. H. (2022). Energy dissipation in stepped spillways using baffled stilling basins. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 28(3), 243-250. https://doi.org/10.1080/09715010.2021.1871786 Nouroozi, S., & Ahadiyan, J. (2017). Effect of Vortex Breaker Blades 45 Degree on Discharge Coefficient of Morning Glory Spillway Using Flow-3D. Irrigation Sciences and Engineering, 40(1), 191-200. (In Persian) Pari, S. A. A., Razmkhah, A., Pari, S. A. A., & Kordnaeij, M. (2023). Experimental Study of the Effect of the Location of a Continuous Porous Obstacle on the Bottom of a Stepped Spillway on the Characteristics of the Flow. Water Engineering, 16(56), 79-94. (In Persian). Pujari, S., Kaushik, V., Awasthi, N., Gupta, S. K., & Kumar, S. A. (2023). Application of machine learning approaches in the computation of energy dissipation over rectangular stepped spillway. H2Open Journal, 6 (3), 433-448. https://doi.org/10.2166/h2oj.2023.007 Rajaratnam, N. (1990). Skimming Flow in Stepped Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 116 (4), 587-591. https://doi.org/doi:10.1061/(ASCE)0733-9429(1990)116:4(587) Roshan, R., Azamathulla, H. M., Marosi, M., Sarkardeh, H., Pahlavan, H., & Ab Ghani, A. (2010). Hydraulics of stepped spillways with different numbers of steps. Dams and Reservoirs, 20 (3), 131-136. https://doi.org/10.1680/dare.2010.20.3.131 Roushangar, K., & Akhgar, S. (2019). Numerical and Experimental Study of the Influence of Wedge Elements on Roughness and Energy Dissipation over Stepped Spillway. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 13(1), 78-88. (In Persian) Roushangar, K., Akhgar, S., & Shahnazi, S. (2022). The effect of triangular prismatic elements on the hydraulic performance of stepped spillways in the skimming flow regime: an experimental study and numerical modeling. Journal of Hydroinformatics, 24 (2), 243-258. https://doi.org/10.2166/hydro.2022.031 Sabahi, N. (2024). A review of numerical simulations on stepped spillways using the k-ε turbulence model. International Journal of Science and Research Archive, 12(1), 978-989. Salmasi, F., Abraham, J., & Salmasi, A. (2021). Effect of stepped spillways on increasing dissolved oxygen in water, an experimental study. Journal of Environmental Management, 299, 113600. Saqib, N. u., Akbar, M., Pan, H., Ou, G., Mohsin, M., Ali, A., & Amin, A. (2022). Numerical Analysis of Pressure Profiles and Energy Dissipation across Stepped Spillways Having Curved Risers. Applied Sciences, 12(1), 448. https://www.mdpi.com/2076-3417/12/1/448 Sarkamaryan, S., & Ahadiyan, J. (2020). Mathematical modeling of energy loss on Stepped Spillway Using ANSYS-CFX Numerical Model. Irrigation Sciences and Engineering, 43(1), 43-56. (In Persian) Simões, A. L. A., França, T. I. d. S., Queiroz, L. M., Lima Neto, I. E., Schulz, H. E., Fontes, D. C. H., & Porto, R. d. M. (2024). Dimensionless Equations for Hydraulic Jump Stilling Basins Downstream of Gabion Stepped Chutes. Journal of Hydraulic Structures, 51-64. Taheri Talavari, T., Sajjadi, S. M., Ahadiyan, J., & Azizi Nadian, H. (2024). Numerical hydraulic and hydrodynamic investigation of flow passing through multiple elliptic lopac gates with Flow 3D software. Advanced Technologies in Water Efficiency, 4(3), 40-60. (In Persian) Yakhot, V., Orszag, S. A., Thangam, S., Gatski, T., & Speziale, C. (1992). Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique. Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 4(7), 1510-1520. Zhou, Y., Wu, J., Ma, F., & Qian, S. (2021). Experimental Investigation of the Hydraulic Performance of a Hydraulic-Jump-Stepped Spillway. KSCE Journal of Civil Engineering, 25(10), 3758-3765. https://doi.org/10.1007/s12205-021-1709-y | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 91 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 97 |