شبيه‌سازي اثر زاويه لبه‌ي پرتاب‌كننده‌ي جامي شكل بر مشخصه‌هاي هيدروليكي جريان

Simulation of the Effect of Flip Bucket Edge Angle on Flow Hydraulic Characteristics

پرتاب‌كننده‌ي جامي شكل يكي از اجزاي سرريز سدهاست كه با هدف مستهلك نمودن انرژي جنبشي جريان مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين مستهلك كننده قسمتي از انرژي جريان فوق بحراني در اثر اصطكاك با هوا و بخشي نيز در اثر اختلاط و تلاطم در حفره فرسايش كه در محل فرود تشكيل مي‌گردد، مستهلك مي‌شود. يكي از پارامترهاي هندسي تأثيرگذار در عملكرد هيدروليكي پرتابه‌هاي جامي شكل، زاويه‌ي لبه‌ي جام مي‌باشد. در اين تحقيق با استفاده از نرم­ افزار FLOW 3D و مدل آشفتگي RNG K-ε، شبيه ­سازي جريان بر روي سرريز و پرتابه جامي شكل سد گاوشان انجام پذيرفته و علاوه بر تعيين مشخصه‌هاي هيدروليكي جريان، به بررسي اثر تغييرات زاويه‌ي لبه جام بر روي فشار هيدروليكي جريان عبوري، عمق و سرعت جريان خروجي و نحوه توسعه جت خروجي از پرتابه جامي شكل پرداخته‌ شده است. براي صحت­ سنجي پارامترهاي حاصل از تحليل عددي، از نتايج آزمايشگاهي مدل هيدروليكي سرريز سد گاوشان استفاده‌شده است. مقايسه‌ي نتايج حاصل از مدل عددي با مقادير نظير آزمايشگاهي حاكي از دقت قابل‌قبول نتايج عددي دارد. بررسي نتايج تحقيق نشان مي­دهد كه افزايش زاويه‌ي لبه‌ي جام تأثير چنداني روي حداكثر فشار روي جام ندارد، درحالي‌كه منجر به افزايش عمق و كاهش سرعت جريان خروجي از جام مي‌گردد. زاويه‌ي 30 درجه به‌عنوان زاويه‌ي بهينه‌ي لبه‌ي جام پرتابي ازنقطه‌نظر افزايش ميزان استهلاك انرژي تعيين گرديد. همچنين به­ازاي يك زاويه‌ي لبه‌ي جام ثابت با افزايش دبي طول پرتاب افقي سطح فوقاني و تحتاني جت پرتابي افزايش‌ يافته است.

The Flip bucket is one of the spillway components of dams used to dissipate the flow kinetic energy. In these dissipaters, Part of supercritical flow energy due to air friction and partly due to mixing and turbulence in the erosion cavity that is formed at the landing site is dissipated. One of the geometrical parameters affecting the hydraulic performance of flip buckets is the angle of the bucket edge. In this study, using FLOW 3D software and RNG K-ε turbulence model, flow on Gavoshan Dam spillway and flip bucket was simulated in order to determine the hydraulic flow characteristics and the effect of bucket edge angle on the hydraulic flow pressure, outlet depth, velocity and developing of outlet jet as well. In order to validate the parameters obtained from numerical analysis, the experimental results of Gavoshan dam spillway hydraulic model have been used. Comparison of the results of numerical model with experimental data indicates acceptable agreement of the numerical results. The results show that increasing the angle of the bucket edge has a little effect on the maximum pressure on the bucket while it increases the depth and decreases the outlet flow velocity of the bucket. The 30° angle was determined as the optimum angle of the flip bucket edge in terms of increasing energy dissipation rate. Also for a fixed flip bucket edge angle with increasing discharge, the horizontal length of the upper and lower nappes of the jet are increased.