مدل‌سازي عددي جريان با بررسي اثرات بازشدگي دريچه بر هيدروليك جريان و جت پرتابي

Numerical simulation of overflow with effect of opening ratio gates on hydraulic of flow and jet trajectory

سابقه و هدف: امروزه اهميت مديريت مخازن سدها استفاده از دريچه‌ها بر روي سرريزها را ضروري مي‌كند. اين موضوع سبب تغيير هيدروليك جريان بر روي سرريز مي‌شود و هدف از اين پژوهش بررسي برخي از اين تغييرات هيدروليكي است. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش به كمك نرم‌افزار Flow-3D به مدلسازي جريان از روي سرريز شوت با آستانه اوجي شكل و پرتاب‌كننده‌‌جامي و با استفاده از روش حجم سيال VOF و مدل تلاطمي RNG پرداخته شده است. يافته‌ها: بررسي تاثير 4 بازشدگي 15، 30، 45، 100 درصد كه به‌وسيله دريچه شعاعي اعمال گرديد، نشان مي‌دهد كه افزايش بازشدگي‌ها سبب ايجاد روند افزايشي سرعت و عمق و پتانسيل كاويتاسيون بر روي سرريز مي‌شود. همچنين در برخي از بازشدگي‌ها با دبي‌ پايين، به‌علت ايجاد دبي كم‌تر از دبي جارو شدن، امكان جمع‌شدگي جريان بر روي سرريز وجود داشته و اثرات هيدروليكي ناشي از آن بايد در نظر گرفته شود. نتيجه‌گيري: همچنين مدلسازي جت پرتابي از پرتاب‌كننده‌‌جامي شكل، نشانگر خطاي پايين طول و حداكثر ارتفاع جت بوده و به اين ترتيب استفاده از Flow-3D در پيش‌بيني حفاظت پايين‌دست پرتاب‌كننده‌جامي توصيه مي‌گردد. همچنين دو رابطه در مورد ارتباط ميزان طول جت پرتابي، حداكثر ارتفاع جت، دبي و ميزان بازشدگي ارايه گرديد.

Background and Objectives: Nowadays the importance of reservoirs management makes the use of gates on the spillways crucial. This causes the change in hydraulic flow over the spillway and the aim of this study is to explore some of these hydraulic changes. Materials and Methods: In this research by using Flow-3D and volume of fluid (VOF method) and k-? (RNG) turbulence model, chute spillway with ogee crest and flip bucket has been simulated. Results: Additionally investigation on the effects of 4 openings 15%, 30%, 45% and 100% which is done by radial gates, has shown that the increscent of openings causes increscent velocity, depth and cavitation potential on spillways. Also in some openings with low discharge, due to the formation of low discharge which is lower than sweep discharge, formation of flow aggregated on the spillway is possible and the hydraulic effects of this phenomena should be taken into consideration. Also by simulation of jet trajectory from the flip bucket, results showed low error in length and maximum height of the trajectory. Conclusion: In conclusion, using Flow-3D for prediction of tail water preservation is highly recommended. Eventually, two correlation for the dependency of length of the trajectory, maximum height, flow discharge and opening gate ratio were presented.