بررسی مشخصات هیدرولیکی جریان در سرریزهای خط جریانی

Abstract

هدف از این تحقیق، مطالعه تحلیلی، عددی و آزمایشگاهی جریان بر روی سرریزهای خط جریانی است. با توجه به اهداف تحقیق و به‏منظور ارزیابی نتایج مدل‏سازی‏های عددی حاصل از نرم‏افزار متن‏باز OpenFoam، مدل‏های آزمایشگاهی سرریزهای خط جریانی بر اساس تابع تبدیل ژوکوفسکی طراحی و در آزمایشگاه مورد مطالعه قرار گرفتند. با بررسی نتایج مدل‏های آشفتگی متفاوت، مدل k-ω SST به‏عنوان بهترین مدل آشفتگی، در شبیه‎سازی جریان عبوری از روی سرریزهای خط جریانی انتخاب شد. نتایج شبیه‏سازی‏های عددی به‏ازای دبی‏های مختلف و خصوصیات هندسی متفاوت، نشان داد که با افزایش دبی جریان و نیز افزایش میزان خروج از مرکزیت نسبی در رابطه ژوکوفسکی، سرعت بر روی تاج سرریز خط جریانی افزایش و به‏تبع آن فشار در این محل کاهش می‏یابد. کم‏ترین فشار در نتیجه بیشترین احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون مربوط به سرریز تاج‏دایره‏ای (نوعی سرریز خط جریانی با خروج از مرکزیت واحد) است. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین تنش‏های برشی بستر و نیروهای فشاری در پایین‏دست سرریزهای تاج‏دایره‏ای رخ می‏دهند و در مقایسه با سرریزهای خط جریانی، بیشترین امکان فرسایش مربوط به پایین‏دست سرریزهای تاج‏دایره‏ای است. دلیل این امر وقوع امواج ضربه‏ای، کاهش عمق و افزایش سرعت جریان در پایین‏دست سرریزهای تاج‏دایره‏ای می‏باشد. علاوه بر این، کم‏ترین مقادیر تنش‏های برشی بستر در بالادست سازه، مربوط به سرریزهای تاج‏دایره‏ای است و درنتیجه این نوع سرریز نسبت به سایر انواع سرریزهای خط جریانی مستعد رسوب‏گذاری در بالادست خود می‏باشد. لذا براساس نتایج حاصل، بهره‏گیری از سایر انواع سرریزهای خط جریانی با انحنای مناسب، می‏تواند مشکلات رایج در سرریزهای تاج‎دایره‎ای را مرتفع سازد.