Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari,Abdolreza Kabiri
کیوان اصغری (استاد راهنما) عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeideh Nasiri feyjooni
سعیده نصیری فیجونی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
Absrtact A shaft spillway is an uncontrolled spillway in which the water enters over a weir and drops through a vertical or sloping shaft into a conduit discharging into the downstream channel. These are circling spillways used generally for draining unexpected floods on earth- and concrete dams. The drop-inlet and the morning-glory are the two most common shaft spillways used for these purposes. The morning glory spillway is a special case of the circular sharp crested weir in which the shape of the weir crest and the upper portion of the shaft are designed to follow the trajectory of the lower nape. Morning glory spillway used while the other types of spillways are useless. However, the limitations on discharge coefficient of this spillway, results in increasing the water head in the reservoir and subsequently, increase the risk of damage. Consequent to the onset of submergence, the head-loss increases, swirling flow generates, vortices intensify and the performance of spillway on evacuating flow decreases severely. Intake vortices are the result of angular momentum conservation at the flow constriction, where angular velocity increases with a decrease in the cross sectional area. The strong vortices over the inlet of the shaft spillway reduce the flow discharge considerably. The common solution for avoiding air-entrainment and swirl is to provide sufficient submergence to the intake. If the required approach flow conditions cannot be met to avoid swirl and air entrainment, other approaches for preventing vortices at water intakes are considered. Anti-vortex devices are used as means to reduce the vortex flow strength. The most economic and common measure to reduce the air-entrainment and swirling flow strength, is optimized shape of inlet e.g. by installing a circular Piano-Key (PK) inlet over the pipe intake. In this study, the flow field around the shaft spillways using PK inlet were investigated numerically. PK inlet due to its special configuration reduces the swirling flow strength and has a significant effect on increasing the discharge coefficient of shaft spillway. The flow field around the structure and inside the vertical shaft spillway was modeled using FLUENT 6.3.26 software. For this purpose, the governing differential equations of motion in a cylindrical coordinate system were solved using Volume of Fluids (VoF) method. Air-water two phase flow was applied on free water surface and standard “k-e” turbulence model was used. Three different flow regimes including; “free weir flow”, “orifice control flow” and “pressurized flow” were considered in modeling. The model consists of a cylindrical tank of 2 m in diameter and 1 m in height. A vertical shaft of 0.126 m in diameter was installed at the center of the tank floor equipped with the PK inlet over it. Accordingly, the effects of the PK inlet’s geometries, including the inlet length, height and angle on hydraulics flow through the shaft and the flow discharge coefficient were investigated. The effects of bend on bottom outlet were also studied. The flow characteristics such as variations of pressure and 3-D flow velocities have been calculated. Results show that, PK inlets increase the flow discharge considerably compared to a simple shaft or even morning-glory spillways. Finally, a best geometry of PK inlet was suggested to achieve the maximum efficiency of vertical shaft spillways. Keywords : Vertical shaft spillway, Swirling flow, VoF method, PK inlet
یکی از انواع بسیار مهم و کاربردی سرریزها، سرریز مدور قائم با شکل های مختلف ورودی نظیر نیلوفری یا لاله ای است. این نوع سرریز در شرایطی که محدودیت مکانی برای ساخت انواع دیگر سرریزها وجود دارد، بسیار مؤثر عمل می کند. از خصوصیات هیدرولیکی این سرریز می توان به تشکیل جریان گردابی در ورودی آن اشاره نمود. یکی از روش های کنترل جریان گردابه ای اصلاح شکل ورودی است. استفاده از سرریز کلید پیانویی مدور به عنوان ورودی شفت های قائم یکی از روش های اصلاح ورودی سرریز مدور قائم است. در این تحقیق به بررسی عددی هیدرولیک جریان در اطراف سرریز مدور قائم با ورودی از نوع کلید پیانویی پرداخته می شود. این سرریز به واسطه ی ساختار خاص خود نقش گرداب شکنی را ایفا می کند و تأثیر چشم گیری بر کاهش قدرت جریان گردابی دارد. ضمن این که سبب افزایش ضریب دبی جریان نیز می شود. معادلات حاکم بر جریان سیال شامل معادلات پیوستگی و حرکت ناویراستوکس در دستگاه مختصات استوانه ای حل می شوند. برای مدل سازی میدان جریان اطراف سازه و درون شفت قائم از نرم افزار فلوئنت استفاده شده و شبیه سازی عددی با استفاده از روش حجم محدود و مدل آشفتگی k-? انجام شده است. . مدل میدان جریان شامل مخزنی استوانه ای به قطر 2 متر و ارتفاع 1 متر است که در وسط کف این مخزن شفت مدور قائم با قطر6/12سانتیمتر قرار دارد و ورودی کلید پیانویی بر روی آن متصل می‌گردد. در این مطالعه جریان از نوع روزنه‌ای بر روی سرریز مدور قائم مجهز به ورودی کلید پیانویی ارزیابی می‌شود. طول و ارتفاع و زاویه کلید پیانویی از جمله پارامتر های هندسی سرریز هستند که تاثیرشان بر هیدرولیک جریان بررسی شده است. همچنین اثر وجود زانویی و شفت قائم و اصلاح قطاع های مقعر سرریز کلید پیانویی بر هیدرولیک جریان از دیگر مواردی است که در تحقیق حاضر مد نظر قرار گرفته است. پروفیل های مربوط به سرعت و فشار برای مدل های مختلف رسم شده است. درواقع با جانمایی ورودی کلید پیانویی قابلیت تخلیه ی سرریز مدور به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. همچنین با افزایش دبی، قدرت جریان گردابی و چرخش جریان نیز افزایش می یابد. در نتیجه نقش کلید پیانویی به عنوان گرداب شکن پررنگ تر می شود. در انتها بهترین هندسه ی ورودی کلید پیانویی برای دست یابی به بیشترین راندمان در سرریز مدور قائم پیشنهاد می شود. کلمات کلیدی : سرریز مدور قائم ، جریان چرخشی، روش حجم محدود، مدل آشفتگی ، ضریب دبی، سرریز کلید پیانویی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی