بررسی جریان همزمان از زیر یک دریچه کشویی و روی یک سرریز ذوزنقه ای در یک کانال دایره ای
چکیده
سرریز های لبه تیز و دریچه های کشویی از نظر سهولت ساخـت، قابلــیت کــنترل سـطـح آب و انـــدازه گیری شدت جریان همواره مورد توجه بوده و مطالعات گسترده ای روی آنها صورت گرفته است. از آنجا که ماهیت جریان روی سرریز لبه تیز بسیار پیچیده است، رابطه های استخراج شده همواره با در نظر گرفتن یک سری فرضیات ساده کننده بوده و براساس آزمایش های تجربی در شرایط متفاوت به دست آمده اند. از طرف دیگر اغلب سرریز ها باعث ایجاد منطقه ای دارای آب نسبـتاً ساکن در بالادسـت خـود می شوند که می تواند محل ته نشینی رسوبات و مواد زائد موجود در آب گردد و از معایب این سازه محسوب می شود. با انباشت رسوبات در بالادست، شرایط جریان تغییر یافته و روابط استخراج شده دقت خود را از دست می دهند. در این مورد ترکیب سرریز با دریچه می تواند به عنوان یک راه حل مفید برای عبور مواد شناور از روی سرریز و انتقال مواد رسوبی از زیر دریچه مطرح گردد. در این تحقیق خصوصیات هیدورلیکی 18 مدل ترکیبی سرریز- دریچه ذوزنقه ای در سه گروه متفاوت با سه بازشدگی مختلف دریچه که تاکنون مطالعات مشخصی روی آن صورت نگرفته است در انتهای کانال باز با مقطع دایره ای مورد بررسی قرار گرفت. همچنین یک سری آزمایش های تکمیلی در کانال دایره ای در حالت بدون حضور مدل های ترکیبی شامل 18 عدد مدل سـرریز لبه تیز ذوزنقه ای منفرد و یک مدل دریچه کشویی لبه تیز منفرد با 3 بازشدگی متفاوت در انتهای کانال، برای ارزیابی خصوصیات این نوع مدل ها در کانال دایره ای انجام شد. با استفاده از روش آنالیز ابعـادی و حل تحلـیلی و با بهره گیری از آنالیـز های آماری، معادله ای برای دبی ترکیبی توسط مدل ترکیبی سرریز- دریچه ارائه گردیده و با داده های آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. در نهایت با استــفاده از نــرم افـزار flow-3d، جریان خروجی از مدل ها به منظور بررسی جریان تفکیکی از زیر و روی مدل های ترکیبی، جریان عبوری از مدل سرریز منفرد و دریچه منفرد به صورت جداگانه شبیه سازی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج آنالیز ابعادی و تحلیل آماری نشان داد ضریب دبی مدل ترکیبی سرریز- دریچه ذوزنقه ای به عواملی چون زاویه بازشدگی سرریز در مدل ترکیبی، نسبت های عمق آب در بالادست به قطرکانال دایره ای، فاصله لبه تاج سرریز از کف کانال به عمق جریان در بالادست، بار آبی روی سرریز به بازشدگی دریچه، ارتفاع تاج سرریز به قطر کانال دایره ای، طول تاج سرریز در مدل ترکیبی به قطر کانال دایره ای و مقدار بازشدگی دریچه به قطر کانال دایره ای بستگی دارد. نتایج شبیه-سازی عددی نشان داد، کشش سطحی آب بر جریان سیال اثری نداشته و نباید در شبیه سازی جریان توسط نرم افزار وارد گردد تا حل عددی جریان با دقت بالاتری انجام گردد. با شبیه سازی جریان عبوری از مدل ترکیبی و تحلیل مقادیر سرعت نقطه ای در ناحیه مربوط به سرریز و دریچه، مقدار سرعت متوسط افقی در ناحیه سرریز و دریچه به صورت تفکیک شده برآورد شد. سپس با توجه به سطح مقطع جداگانه سرریز و دریچه در مدل ترکیبی، دبی تفکیکی عبوری از سرریز و دریچه در هنگام عملکرد هـمزمان این دو سـازه در مدل ترکیبـی سـرریز- دریچه به دست آمد و از حاصل جمع آنها، دبی کل ترکیبی با خطای کمتر از 9/0 درصد نسبت به دبی مشاهده ای آزمایشگاهی محاسبه شد. در شبیه سازی جریان تفکیکی عبوری از مدل سرریز ذوزنقه ای در انتهای کانال دایره ای نتایج نشان داد برنامه شبیه سازی، مقدار نیم رخ سطح آب را با دقت خوب و کمی بیشتر از مقادیر آزمایشگاهی تخمین می زند. در شبیه سازی جریان تفکیکی عبوری از مدل دریچه تک با بازشدگی 3 سانتیمتری در انتهای کانال دایره ای نتایج نشان داد، برنامه شبیه سازی در حالت فرض زمان اتمام 50 ثانیه به علت پایداری نسبی جریان سیال در کانال، مقدار نیم رخ سطح آب را نزدیکتر به مقادیر آزمایشگاهی تخـمین می زند.