Skip to main content
SUPERVISOR
Abdolreza Kabiri,Kayvan Asghari
عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما) کیوان اصغری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sina Kazemipour
سینا کاظمی پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Numerical modeling of flow field around the shaft spillways using marguerite-shape inlet
Vertical shaft spillways is a kind of spillways which are used in dams. When Dams have valley with deep slope and there is no possibility to construct the spillways into the body of dams, application of vertical shaft spillways will be proposed. Due to the swirling flow which is occurred in vertical shaft spillways, many researches has been developed in order to control and reduce the power of swirling flow. This researches consist of studying on modification of inlet shape and application of complete structure in vertical shaft spillways such as morning-glory spillways with anti vortex plate, piano key spillways and marguerite-shape spillways in order to upgrade the application of these spillways. marguerite-shape inlet increase the effective length of crest, which cause the uniform flow and reduce the head of water and swirling flow strength. According to the few experimental studies over marguerite-shape spillways and limitations and mistakes in experimental studies, operation of marguerite-shape spillways in reduction of swirling flow is numerically analyzed and by changing the height and length of blade of marguerite-shape spillways and hydraulic and hydrodynamic characteristics of these spillways is estimated. Numerical model geometric is based on hydraulic laboratory of civil college in Isfahan University of technology. A reservoir with 2 meters diameter including a dissipater plate has been established 10 centimeters from the reservoir. This numerical study is solved by VOF method and RNG k-? turbulent model and FLUENT software is used. Results show that generally by increase the height and length of blades of marguerite-shape spillways, the barrier area increase against water flow and makes a uniformed flow which reduce the water level and swirling flow power. For example in passed discharge of 23 liter per second, by growth of length of blade from 0.2 to 0.4 meters, the water level reduce in 25 percent and by growth of height of blade from 0.05 to 0.15 meters, the water level reduce in 37 percent. But further growth of length and height of blades and increase the impact between the water flow and spillway structure, rate of water level reduction is diminished and flow rotation will be increased near the vertical shaft. In addition, by growth of water surface level in orifice flow regime, effect of marguerite-shape inlet in improving the hydraulic and hydrodynamic characteristics will be reduced. Key words: Swirling flow, Vertical shaft spillways, Marguerite-shape inlet, Numerical modeling, Orifice flow regime, Discharge coefficient, Rotational flow
. سرریزهای مدور قائم، یکی از انواع سرریز‌های مورد استفاده در سدها هستند. در مواردی که دره محل احداث سد دارای شیب تند است و امکان احداث سرریز در بدنه سد وجود ندارد، با توجه به دبی مبنای طراحی، از سرریز‌های مدور قائم برای کنترل جریان سیلابی استفاده می‌شود. با توجه به تشکیل جریان گردابی در سرریز‌های مدور قائم، تاکنون مطالعات متعددی در خصوص کنترل و کاهش قدرت جریان گردابی با اصلاح فرم ورودی و استفاده از سازه‌های مکمل در ورودی سرریز‌های مدور قائم نظیر؛ ورودی نیلوفری‌ به همراه سازه‌های گرداب­شکن، ورودی کلیدپیانویی و ورودی گلبرگی‌شکل انجام شده است. ورودی گلبرگی‌شکل، طول مؤثر تاج سرریز را افزایش داده و جریان با یکنواختی بیشتری عبور کرده و سبب کاهش تراز سطح آب و قدرت جریان گردابی و افزایش گذردهی و عمل‌کرد بهتر سرریز می‌شود. با توجه به مطالعات اندک آزمایشگاهی صورت گرفته در زمینه سرریز‌های مدور قائم با ورودی گلبرگی‌شکل و محدودیت‌ و خطا‌های اندازه‌گیری موجود در مطالعات آزمایشگاهی، در تحقیق حاضر به بررسی عددی عمل‌کرد ورودی گلبرگی‌شکل بر کاهش قدرت جریان گردابی در سرریزهای مدور قائم پرداخته شده است و ویژگی‌های جریان از نقطه‌نظر هیدرولیکی و هیدرودینامیکی با تغییر پارامتر‌های هیدرولیکی مؤثر شامل؛ ارتفاع و طول پره‌های ورودی گلبرگی‌شکل ارزیابی شده است. شکل هندسی مدل­های عددی، برگرفته از مخزن موجود در آزمایشگاه هیدرولیک و سیالات دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی اصفهان است. مخزنی به قطر 2 متر که یک صفحه مشبک مستهلک‌کننده انرژی به فاصله 10 سانتی‌متر از دیواره مخزن نصب شده ‌است. در مدل­سازی عددی تحقیق حاضر از روش حجم سیال و مدل آشفتگی RNG k- ? استقاده شده و شبیه­سازی­ها با انجام آنالیز استقلال از شبکه با استفاده از نرم‌افزار ANSYS-FLUENT انجام شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در حالت کلی با افزایش ارتفاع و طول پره‌های ورودی گلبرگی‌شکل، سطح مانع در مقابل جریان عبوری درون مخزن افزایش یافته و سبب یکنواختی و کاهش هد آب روی تاج سرریز شده است و عمل‌کرد هیدرولیکی سرریز بهبود یافته است. هم‌چنین با افزایش ابعاد سازه ورودی، پارامتر‌های آشفتگی جریان کاهش یافته و از قدرت جریان گردابی کاسته شده است.به طوری‌که با افزایش صددرصدی طول پره‌ها، تراز سطح آزاد آب به میزان 25 درصد کاهش یافته و با افزایش صد و پنجاه درصدی ارتفاع پره‌ها، تراز سطح آب به میزان 37 درصد کاهش یاقته است. اما با افزایش بیشتر ارتفاع و طول پره‌ها، در اثر افزایش برخورد جریان به سازه ورودی گلبرگی‌شکل، آهنگ کاهش هد جریان کاهش یافته که سبب افزایش چرخش جریان در نزدیکی خروجی شفت قائم گردیده است. هم‌چنین با افزایش تراز سطح آب در رژیم جریان روزنه‌ای، اثر افزایش ابعاد هندسی ورودی در بهبود عمل‌کرد هیدرولیکی و هیدرودینامیکی جریان رفته‌رفته رو به کاهش می‌رود. کلمات کلیدی: جریان گردابی، سرریز مدور قائم، ورودی گلبرگی‌شکل، مدل‌سازی عددی، رژیم جریان روزنه‌ای، ضریب دبی، جریان چرخشی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی