بررسی عددی تأثیر شعاع زانویی بر شکل‌گیری کاویتاسیون در زانویی سرریز نیلوفری

Abstract

سرریز نیلوفری شامل سه بخش اصلی تاج دایره­ای، شفت قائم همراه با یک زانویی معروف به گلوگاه و مجرای تقریباً افقی است. در بخش زانویی سرریزهای نیلوفری انتظار می­رود بدلیل وجود جریان با سرعت بالا که منجر به جداشدگی و افت فشار ناشی از زبری و انحناء می­شود، کاویتاسیون اتفاق بیفتد. این موضوع باعث شده است این سازه­ها یکی از مستعدترین سرریزها برای وقوع کاویتاسیون باشند. در پژوهش حاضر امکان­پذیری وقوع کاویتاسیون در زانویی سرریز نیلوفری با مدلسازی عددی با استفاده از نرم­افزار Flow3D مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج مدل عددی با نتایج مدل فیزیکی که در مرکز تحقیقات آب در ایران ساخته شده نشان داد که تطابق مطلوبی بین مدل عددی و مدل فیزیکی وجود دارد. اثر شعاع زانویی بر نتایج فشار در بدنه سرریز نیلوفری در دبی­های مختلف و احتمال وقوع کاویتاسیون با استفاده از شاخص کاویتاسیون در بخش دیگری از این تحقیق مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد تغییر در شعاع زانویی با توجه به تأثیر آن بر انحناءِ خطوط جریان، اثر قابل توجهی بر بهبود یا افزایش خطر کاویتاسیون خواهد گذاشت. نکته قابل توجه این است که تغییر در شعاع زانویی در هر یک از حالت­های رژیم جریان آزاد و رژیم جریان مستغرق دارای رفتارهای متفاوتی است. در رژیم جریان آزاد، افزایش شعاع زانویی خطر کاویتاسیون را تشدید ولی در رژیم جریان مستغرق یا پر بودن مقطع زانویی، افزایش شعاع زانویی خطر کاویتاسیون را کاهش می­دهد.