Skip to main content
SUPERVISOR
Esmaeel Landy,Manouchehr Heidarpour
اسماعیل لندی (استاد مشاور) منوچهر حیدرپوراسفرجانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Keikhosravy kiany lonbany
علی کیخسروی کیانی لنبانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Laboratory and Numerical Investigation of the Effect of Upstream and Downstream Slope of Broad-crested Weir on Flow Hydraulic Characteristics
Broad-crested weirs are structures that are commonly used and exploited in open channels. The purpose of using these weirs, is to measure water discharge and also to control the flow through open channels. trapezoidal broad-crested weirs is one of a kind of broad-crested weirs. In this study, eight experiments were conducted at the Hydraulic Laboratory of Isfahan University of Technology. Experimental results such as water surface profiles and velocity profiles for four discharge on U 30 -c-D 45 and U 45 -c-D 30 trapezoidal broad-crested weirs were obtained. Then, using the FLOW-3D software version 10.0.1.7 and utilizing the RNG K-e turbulence model, the flow was simulated for eight existing experiments, and numerical results and experimental results were compared. The quantitative accuracy of the numerical results of this research was investigated by a variety of statistical indices including NRMSE, agreement index (d), and also the coefficient of Determination (R 2 ). In the water surface profiles results, the average of the NRMSE, d and R2 indices for the eight existing experiments was 2.43, 0.9995, and 0.9988, respectively. In the velocity profile results, the average of the NRMSE, d and R2 indices for the eight existing tests was 5.59, 0.9682 and 0.9779, respectively. The values of statistical indices showed a high agreement between numerical and experimental results. So, after identifying the power of FLOW-3D in simulating the flow, by choosing a discharge and performing simulations on different models, a wider examination of numerical results was considered. This means that the software was used as a virtual lab and other conditions that was hard to create in the laboratory, were created in the software. By simulating and obtaining numerical results, the effect of different geometric conditions of the trapezoidal broad-crested weirs, including the upstream and downstream face slope, weir crest length , etc., was investigated on various hydraulic parameters, including the location of critical depth formation, discharge coefficient, head loss, etc. The results of these studies showed that, decreasing upstream face slope , increased discharge coefficient and lead the critical flow condition to take place Farther from the beginning of the weir crest, but the change in the head loss of flows from the weir does not occur, while the change in downstream face slope, will not have much effect on the amount of discharge coefficient and the location of critical section, but will lead to a change in the head loss. By decreasing the downstream face slope of the weir, the head loss decreases. In addition, increasing the weir crest length, leads to The head loss decreases as well. Keywords : broad-crested weirs, FLOW-3D, RNG K-e turbulence model, computational fluid dynamics, discharge coefficient (Cd), critical section
سرریز‌‌های‌ لبه پهن سازه‌‌‌هایی هستند که به طور متداول و گسترده در کانال‌‌‌های‌ باز مورد استفاده و بهره برداری قرار می گیرند. هدف از به کار بردن این سرریزها، اندازه‌گیری شدت جریان وکنترل عبور جریان در کانال‌‌‌های‌ باز می‌باشد. سرریز لبه‌پهن ذوزنقه‌ای‌ یکی از انواع سرریز‌‌‌های‌ لبه‌پهن می‌باشد. در این پژوهش، در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه صنعتی اصفهان، هشت آزمایش انجام پذیرفت و نتایج آزمایشگاهی از جمله پروفیل سطح جریان و پروفیل سرعت برای چهار دبی عبوری از سرریزهای لبه‌پهن ذوزنقه‌ای U 30 -c-D 45 و U 45 -c-D 30 برداشت شد. سپس با استفاده از نرم‌افزارFLOW-3D نسخه‌ 10.0.1.7 و بهره‌گیری از مدل آشفتگی K-e RNG، جریان عبوری از سرریز لبه‌پهن ذوزنقه‌ای‌ برای هشت آزمایش موجود ‌‌شبیه‌سازی شد و نتایج عددی و نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. میزان دقت کمی نتایج عددی این پژوهش، توسط انواع شاخص‌‌‌های‌ آماری از جمله جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده(NRMSE)، شاخص توافق (d) و همچنین ضریب تبیین(R 2 ) بررسی شد. در بخش مربوط به نتایج پروفیل سطح جریان، میزان میانگین شاخص‌های آماری NRMSE، d و R 2 برای هشت آزمایش موجود، به ترتیب برابر43/2، 9995/0 و 9988/0 بود. در بخش نتایج پروفیل سرعت نیز میزان میانگین شاخص‌های آماری NRMSE، d و R 2 برای هشت آزمایش موجود، به ترتیب برابر 5/59 ، 0/9682 و 0/9779 به دست آمد. میزان شاخص‌های آماری به دست آمده، نشان‌دهنده تطابق زیاد نتایج عددی و آزمایشگاهی بود. لذا پس از مشخص شدن قدرت زیاد FLOW-3D در شبیه‌سازی جریان، با انتخاب یک دبی و انجام شبیه‌سازی بر روی مدل‌های مختلف، به بررسی گسترده‌تر نتایج عددی پرداخته شد. بدین معنی که از نرم‌افزار به عنوان یک آزمایشگاه مجازی استفاده شد و سایر شرایطی که ایجاد آن در آزمایشگاه سخت به نظر می‌رسید، در نرم‌افزار ایجاد گردید و با انجام ‌‌شبیه‌سازی و به دست آوردن نتایج عددی به تحلیل آن پرداخته شد. در این پژوهش اثر شرایط هندسی مختلف سرریز لبه‌پهن ذوزنقه‌ای از جمله شیب وجه بالادست و پایین‌دست سرریز و طول تاج سرریز بر پارامترهای مختلف هیدرولیکی سرریز از جمله محل تشکیل عمق بحرانی، میزان ضریب دبی و میزان افت انرژی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این بررسی‌ها نشان داد که با کاهش شیب وجه بالادست سرریز لبه‌پهن ذوزنقه‌ای، ضریب دبی سرریز افزایش می‌یابد و محل تشکیل عمق بحرانی نیز به سمت پایین‌دست منتقل می‌شود ولی تغییری در درصد افت انرژی جریان عبوری از سرریز ایجاد نمی‌شود. در حالی که تغییر در شیب وجه پایین‌دست سرریز، اثر چندانی بر میزان ضریب دبی و محل تشکیل عمق بحرانی نخواهد داشت ولی منجر به تغییر در افت انرژی جریان خواهد شد. همچنین با کاهش شیب وجه پایین‌دست سرریز از میزان افت انرژی جریان کاسته می‌شود و افزایش طول تاج سرریز نیز منجر به کاهش میزان افت انرژی جریان عبوری از سرریز خواهد شد. کلمات کلیدی : سرریز لبه‌پهن، FLOW-3D، مدل آشفتگی K-e RNG، دینامیک سیالات محاسباتی، ضریب دبی(C d )، محل تشکیل عمق بحرانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی