بررسي الگوي جريان و توزيع تنش برشي روي سرريزهاي جانبي با ورودي تيزگوشه و گردگوشه

Evaluation of Flow Pattern and Shear Stress Distribution on Broad Crested Side Weirs with Rounded and Sharp Entrances

سرريزهاي جانبي از جمله سازه هاي آبي مي باشند كه معمولاً به عنوان سازه هاي اضطراري در تأسيسات هيدروليكي بزرگ چون سدها و شبكه هاي آبياري و زه‌كشي به كار برده مي شوند كه به علت حساسيت موضوع نياز به طراحي و بررسي دقيق دارند. لذا كاربرد روش‌هاي شبيه‌سازي و حل عددي در طراحي اين‌گونه از سازه هاي آبي مي تواند از اهميت ويژه‌اي برخوردار باشد. در اين پژوهش الگوي جريان و نحوه توزيع تنش برشي روي انواع سرريزهاي جانبي لبه پهن با پهنا و شكل ورودي همراه با دبي‌هاي متفاوت از طريق شبيه سازي عددي در حالت‌هاي 2 بعدي و 3 بعدي مورد بررسي قرار گرفت. سپس نتايج با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه گرديد. آزمايش ها در يك كانال مستطيلي همراه با يك سرريز جانبي به طول 70 سانتي‌متر روي سرريزهايي با ورودي تيزگوشه و گردگوشه با شعاع‌هاي گردشدگي 5 و 10 و 15 سانتي‌متري در يك دبي ثابت با نسبت آبگيري 4/0 و 6/0 به ترتيب در كانال‌هاي اصلي و فرعي انجام شد. بررسي و مقايسه حل عددي با نتايج آزمايشگاهي در اين تحقيق مؤيد آن است كه در سرريزهاي جانبي با ورودي گردشده به ميزان قابل توجهي از تنش برشي وارده بر كف و ديواره هاي سرريز جانبي و هم‌چنين جريان‌هاي چرخشي غير مؤثر در ابتداي ورودي سرريز جانبي در مقايسه با حالت تيز گوشه كاسته شده كه اين امر نهايتاً موجب افزايش راندمان آبگيري گرديده است.

Side weirs as flow diversion devices are usually used as emergency weirs in large hydraulic structures like dams and irrigation and drainage networks, because of their importance they require delicate design. As a result application of numerical and simulation models play an important role in design of these hydraulic structures. In this research, the flow pattern and shear stress distribution on broad crested side weirs with different widths and entrances along with different discharges were studied by numerical solution under two and three dimensional conditions and then the results were compared with laboratory findings. These experiments were conducted in a rectangular channel with one side weir and a length of 70 cm. Experiments were done considering rounded and sharp entrances with different rounded radii and one constant discharge with intake proportions of 40 and 60 in main and branch channels, respectively. Comparison of numerical solution and experimental results show that side weirs with rounded entrance had a noticeable shear stress reduction (arrived in the bed and sides) and non-effective spinal flow, resulting in increased intake efficiency.