Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolreza Kabiri,Kiachehr Behfarnia
عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما) کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Ramezani hossein abadi
محمد رمضانی حسین آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Fluid-Structure Interaction in Siphon Spillway due to Different Flow Regimes
: Spillways are used in dam projects to convey flood flows and also to prevent destructive damages of downstream hydraulic systems. Siphon spillway is a kind of dam spillways, employed in a number of dam reservoirs. This spillway is applied while the space for constructing other types of spillway is restricted or when there is a need to pass great values of flood discharge with a limited head. One of the most important defects of this spillway is a complicated fluid-structure interaction (FSI), due to the establishment of different flow regimes inside the spillway. This situation becomes more complicated when the spillway is not connected to the dam, working individually. Despite the importance of the operation of these hydraulic structures, there is a lack of comprehensive research, investigated the hydraulic behavior of these structures and the flow field around and inside them. In the present study, different flow regimes (sub-atmospheric flow, two-phase flow and black-water flow) and their effects on the hydraulic characteristics of siphon spillways were investigated. For this purpose ANSYS software was applied to simulate the fluid-structure interaction in such spillways. To validate the obtained flow regimes, using numerical modeling, experimental results of former researches were used. According to the verification of numerical models, a flood hydrograph was assumed as the inlet boundary to simulate the transient situations. Then, the forces of the flow were transmitted to the structural solver in specified time steps. To transmit the flow forces to the structural solver, the structural material, structural supports and the thickness of siphon structure were specified. Accordingly, the outputs including bending stresses and deflections were compared with the allowable values given in the steel structures standards. Results indicated that the pressure fluctuations are mostly greater beneath the inlet and throat of the spillway compared to the other sections. Furthermore, the maximum stresses and deflections are obtained in the downstream limb of the spillway. Based on a structural analysis and by applying some changes in structural supports and body of the structures, the structural design of the siphon spillways were optimized. Kewwords: Siphon spillway, Fluid-structure interaction, Computational fluid dynamics, Black-water flow
سرریز در سدها به منظور انتقال سیلاب‌های بزرگ و هم­چنین جلوگیری از بروز آسیب غیرقابل‌جبران در سیستم­های هیدرولیکی استفاده می‌شوند. یکی از سرریز­های مورد استفاده در بسیاری از سدها، سرریز سیفونی است. این نوع سرریز در شرایطی که محدودیت فضا برای استقرار انواع دیگر سرریز وجود دارد و هم‌چنین زمانی که لازم است دبی زیادی در دامنه هد محدود تخلیه شود مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله معایب شاخص این سرریز، وجود اندرکنش سیال -سازه قابل ملاحظه در اثر ایجاد رژیم­های مختلف جریان در آن است. این موضوع زمانی­که سازه­ی سرریز سیفونی به بدنه سد یا کانال اتصال ندارد، از اهمیّت بیش­تری برخوردار خواهد بود. علی­رغم اهمیّت این مطلب، تاکنون تحقیق جامعی که اثرات جریان بر بدنه این سریز را مورد مطالعه قرار دهد، انجام نشده است. هدف از این پایان­نامه، بررسی تأثیر رژیم­های مختلف جریان (جریان زیر اتمسفر، جریان دوفازی و جریان با آب سیاه) در سرریز سیفونی بر سازه­ی آن است. در این راستا جهت شبیه­سازی اندرکنش سیال -سازه در این سرریز، از نرم­افزار تجاری ANSYS استفاده شد. جهت صحت سنجی رژیم­های جریان ایجاد شده در مدل عددی، از نتایج آزمایشگاهی محققین پیشین استفاده شد. پس از کسب اطمینان از درستی مدل ایجاد شده در حل­گر سیالاتی (CFX)، یک هیدروگراف سیلاب، به عنوان شرط مرزی در مرز ورودی مدل عددی در نظر گرفته شد. در گام بعدی نیروهای ایجاد شده در اثر عبور جریان، در گام­های زمانی مشخص به حل­گر سازه­ای (Structural) انتقال یافت. قبل از انتقال نیروها به حل­گر سازه­ای، مصالح استفاده شده (فولاد ساختمانی)، شرایط تکیه­گاهی و ضخامت ورق­های فولادی تعیین شد. پس از انتقال نیروها و شروع حل برای سازه سرریز، خروجی­های مورد نظر مانند تنش­های خمشی و تغییر شکل­های ایجاد شده با مقادیر مجاز مقایسه شدند. نتایج نشان داد که نوسانات فشار در قسمت­های ورودی و گلوگاه سرریز بیش­تر از سایر مناطق است. هم‌چنین حداکثر تنش­ها و تغییر شکل­های ایجاد شده مربوط به قسمت­های پایین­دست سازه می­باشد. در گام بعدی با توجه به نتایج به­دست آمده و با اعمال تغییراتی در شرایط تکیه­گاهی و ورق­های فولادی، گام­هایی در راستای طراحی بهینه­تر سازه سرریز سیفونی بر اساس معیار­های آیین­نامه­ای برداشته شد. کلمات کلیدی: سرریز سیفونی، اندرکنش سیال –سازه، دینامیک سیالات محاسباتی، جریان با آب سیال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی