بررسي عددي مشخصات هيدروليكي شيب‌شكن‌‌هاي قائم با وجود صفحات مشبك و واگرايي تدريجي ديواره

Numerical Investigation of Hydraulic Characteristics of Vertical Drops with Screens and Gradually Wall Expanding

در تحقيق حاضر، به بررسي مشخصات هيدروليكي شيب­ شكن­ هاي قائم با صفحات مشبك و واگرايي تدريجي ديواره در پايين­دست آن با استفاده از نرم ­افزار FLOW- 3D پرداخته شد. براي اين منظور از صفحات مشبك با نسبت تخلخل ­هاي 40 و 50 درصد، پنج نسبت واگرايي تدريجي به همراه سه ارتفاع شيب­شكن قائم در محدوده دبي مشخص استفاده گرديد. مشخص شد كه نتايج عددي با مدل آشفتگي RNG در مقايسه با k-εبه نتايج آزمايشگاهي نزديك ­تر است. همچنين با افزايش ارتفاع شيب ­شكن از 15 به 25 سانتي­متر، E/E0Δبه دليل شدت برخورد جت با كف، افزايش و yP/P كاهش مي­ يابد. بيشينهE/E0 Δ­ مربوط به ارتفاع 25 سانتي­متر به ميزان 51/60 درصد و كمترين آن براي ارتفاع 15 سانتي­متر به مقدار 44/25 درصد مي­باشد. براي يك ارتفاع شيب­شكن ثابت با افزايش دبي،E/E0 Δ­ كاهش و yP/Pافزايش مي­يابد. واگرايي ديواره­ موجب تلاطم در كناره­ها و توزيع غيريكنواخت عمق در پايين­ دست آن مي ­شود و ضمن افزايش yP/Pو yd/P باعث افزايش 25 درصديE/E0 Δ­ مي­گردد. وجود صفحات مشبك در پايين­ دست شيب ­شكن­ باعث افزايش yP/P، yd/Pو همچنين افزايش 44 درصديE/E0 Δ­ مي­ گردد. استفاده همزمان از واگرايي ديواره و صفحات مشبك در پايين­ دست شيب­ شكن­ ها باعث افزايش 46 درصديE/E0 Δ­ و كاهش yP/Pو yd/P مي­ شود. ثابت شد كه سهم مشاركتي استفاده از صفحات مشبك در مقايسه با واگرايي تدريجي ديواره بيشتر است كه با بكارگيري همزمان آن­ها،E/E0 Δ­ تا 33/5 درصد افزايش مي ­يابد.

In the present study, the hydraulic characteristics of vertical drops with screens and the gradual wall expanding downstream using FLOW-3D software are investigated. For this purpose, two porosity ratios of the screens of 40 and 50%, 5 gradually expanding with 3 vertical drop heights in the specified discharge range were used. It was found that the numerical results are closer to the experimental results with the RNG turbulence model than k-ε. By increasing the drop height, the ΔE/E0 due to the jet floor impact intensity increased and yp/P value decreased. The maximum ΔE/E0 for 25 cm height was 51.60% and the lowest for 15 cm was 44.25%. For a constant drop height with increasing discharge, the ΔE/E0 decreased and yp/P increased. The gradually wall expanding causes turbulence on the edges and a non-uniform distribution of yd/P and by increasing yp/P and yd/P, it caused a 25% increase in ΔE/E0. The presence of screens increased yp/P, yd/P, and ΔE/E0 by 44%. The simultaneous use of gradually walls expanding and screens caused a 46% increase in ΔE/E0 and a decrease in yp/P and yd/P values. It was shown that the contribution of screens is greater than the gradually wall expanding, with their simultaneous application increasing ΔE/E0 up to 33.5%.