الگوي جريان و استهلاك كارمايه در سرريزهاي پلكاني با ارتفاع پله غيريكنواخت باكاربرد نرم‌افزار ANSYS CFX

Flow Pattern and Energy Dissipation in Stepped Spillways With Non-Uniform Step Height Using the ANSYS CFX Software

استفاده از سرريزهاي پلكاني، به علت هزينه‌ي ساخت پايين و بازدهي بالاي آن، بطور فزاينده‌اي رو به افزايش است. از اين رو، مطالعات نيز در اين زمينه با رشد و توجه زيادي از سوي مهندسين سدساز همراه بوده، ولي اغلب اين مطالعات در زمينه‌ي سرريزهاي پلكاني با ارتفاع پله يكنواخت مي‌باشند، در حالي كه ارتفاع پله غيريكنواخت نيز مي‌تواند در بعضي حالات به عنوان يك گزينه مطرح گردد. در اين تحقيق يك نمونه‌ي فيزيكي از سد هرات براي سرريز پلكاني با ارتفاع 3/1 متر و شيب 2/19 درجه براي صحت‌سنجي شبيه عددي استفاده شد، سپس سه نوع پيكربندي پلكاني با استفاده از پويايي سيال محاسباتي در قالب نرم‌افزار ANSYS CFX براي محدوده‌ي جريان مورد آزمايش قرار گرفتند. شبيه‌سازي جريان دو حالتي آب و هوا براي هر يك از پيكربنديها و تمامي محدوده بده‌ها صورت پذيرفت و نتايج در زمينه‌هاي الگوي جريان، استهلاك كارمايه و نقطه‌ي شروع هوادهي جريان مورد مقايسه قرار گرفتند. نتايج نشان از تفاوت حداقلي استهلاك كارمايه در محدوده‌ي رژيم جريان ريزشي و تفاوت حداكثري در رژيم لغزشي را داشتند.

The use of stepped spillways has been increasingly on the rise due to their low cost and high efficiency. Hence, growing attention has been paid to the studies in this field by dam engineers; however, most of these studies have focused on the stepped spillways with uniform step height at the cost of ignoring non-uniform step heights, which also demand particular attention. In this study, a physical model of Herat Dam for a 1.3-m high stepped spillway with a slope of 19.2 ° was used to verify the numerical model. Then, three types of stepped configurations were tested using computational fluid dynamics in the ANSYS CFX software for the flow range of . Further, a two-phase flow simulation was carried out for each configuration and all discharge ranges. The results were compared in terms of flow pattern, energy dissipation and aeration point. The results showed minor difference in terms of energy dissipation for nappe regime flow and marked difference in terms of skimming regime flow.