بررسي استهلاك انرژي و خصوصيات هيدروليكي جريان بر روي سرريزهاي پلكاني ساده و شيبدار با استفاده از مدل فلوئنت

سرريزهاي پلكاني از جمله سازه‌هاي هيدروليكي هستند كه به دليل اتلاف زياد انـرژي جريـان، نقش مهمي در كاهش ابعاد حوضچه‌ آرامش پايين‌دست سدها و در نتيجه طراحي اقتصادي آن‌ها دارند. مطالعه و بررسي خصوصيات هيدروليكي جريان روي اين سرريزها مورد توجه طراحان سد در دهه‌هاي اخير بوده است. استفاده از مدل‌هاي فيزيكي و بررسي آزمايشگاهي الگوي جريان بر روي سرريزهاي پلكاني مستلزم صرف زمان و هزينه زياد مي‌باشد و مدل‌هاي رياضي مي‌توانند كمك شاياني به شناخت الگوي جريان بر روي اين سازه‌ها كنند. در اين پژوهش ابتدا نتايج خروجي مدل فلوئنت براي شبيه‌سازي تراز سطح آب، پروفيل سرعت و فشار بر روي سرريز پلكاني با داده‌هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفت. حداكثر خطاي مطلق در محاسبه تراز سطح آب سه ميلي‌متر و ريشه دوم ميانگين مربعات خطا در شبيه‌سازي پروفيل سرعت و فشار به ترتيب 15/0 و 72/0 مي‌باشد. پس از صحت‌سنجي مدل به بررسي تأثير دبي و شيب پله‌ها بر خصوصيات هيدروليكي جريان پرداخته شد. نتايج تحقيق نشان مي‌دهند، حداكثر فشار كه بر روي قسمت افقي پله‌ها اتفاق مي‌افتد با افزايش دبي عبوري از سرريز پلكاني افزايش، اما حداقل فشار كه در بخش عمودي پله‌ها رخ مي‌دهد مقداري كاهش مي‌يابد. بنابراين احتمال كاويتاسيون در دبي‌هاي زياد و در قسمت عمودي پله‌ها بيشتر است. براساس نتايج اين پژوهش، ميزان استهلاك انرژي در جريان غير‌ريزشي با افزايش شيب كف پله‌ها بدليل افزايش تلاطم و بزرگ‌ شدن گردابه‌ها افزايش مي‌يابد اما ازدياد شيب پله‌ها تأثير چنداني بر الگوي توزيع فشار انرژي ندارد. با استفاده از داده‌هاي آزمايشگاهي و نتايج خروجي از مدل فلوئنت براي محاسبه استهلاك انرژي در سرريزهاي پلكاني شيبدار رابطه‌اي ارائه شد كه متوسط خطاي آن حدود 1/3 درصد مي‌باشد.