محاسبه بده سرریز جانبی لبه پهن ذوزنقه‌ای در رژیم جریان زیر بحرانی بر اساس تئوری جریان متغیر مکانی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد سازه های آبی؛ گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی کشاورزی و فناوری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و آبادانی دانشکده مهندسی کشاورزی و فناوری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

جریان در سرریز‌های جانبی، موضوع بسیاری از مطالعات هیدرولیکی بوده است. اغلب این مطالعات مربوط به ضریب بده سرریز جانبی لبه‌تیز و با مقطع مستطیلی می‌باشد و ضریب بده سرریز‌های جانبی لبه‌پهن با مقاطع دیگری، نظیر ذوزنقه‌ای کمتر مورد توجه قرار گرفته است. تحقیق حاضر با انجام 187 آزمایش به­‌منظور بررسی ضریب بده سرریز جانبی لبه پهن ذوزنقه‌ای، تحت شرایط رژیم جریان زیر بحرانی صورت گرفته است. از آنجایی­که معادله دینامیکی حاکم بر سرریز‌های جانبی به­دلیل غیرخطی بوده و دارا بودن متغیر‌های زیاد، دارای حل تحلیلی کامل نمی‌باشد، لذا در این تحقیق با استفاده از روش عددی رانگ کوتای مرتبه چهارم، نیمرخ سطح آب در طول سرریز جانبی محاسبه شد. با بررسی نتایج آزمایشگاهی و با استفاده از تحلیل ابعادی و آماری روابطی به­ منظور تخمین ضریب بده پیشنهاد شد. مشخص گردید ضریب بده سرریز جانبی ذوزنقه‌ای لبه­پهن به عدد فرود جریان بالا‌دست، نسبت عمق جریان به پهنای تاج سرریز و شیب جداره جانبی سرریز بستگی دارد. رابطه پیشنهادی تخمین ضریب بده دارای خطایی در حدود 4 درصد است و نشان می­دهد روش حل عددی دقیق است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Discharge Computation of Trapezoidal Broad-Crested Side Weir in Subcritical Flow Regime using Spatially Varied Flow Theory

نویسندگان [English]

  • F. Velayati 1
  • A. R. Vatankhah 2
1 M. Sc. Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Associate Professor, Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Flow over side weirs has been the subject of many studies. Most of these studies related to sharp crested side weirs with rectangular cross section and less attention has been given to the discharge coefficient over the broad-crested side weirs with trapezoidal cross section. In this research a comprehensive laboratory study including 187 tests has been conducted to investigate the discharge coefficient over the broad-crested trapezoidal side weir under subcritical flow regime. Since a complete analytical solution of the governing equation for a side weir is not possible due to nonlinearity and the many variables involved, in this research water surface profile along the side weir is computed by using the fourth order Runge–Kutta method. By analyzing experimental data and using dimensional analysis as well as statistical analysis, some relationships in order to estimate the discharge coefficient were proposed. It was founded that the discharge coefficient of flow depends on the Froude number, the ratio of initial depth to crest width and the side slope of the weir. The mean absolute percentage error of proposed relationship is about 4% and indicates that the numerical method is very accurate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discharge Coefficient
  • Fourth Order Runge-Kutta Method
  • Subcritical Flow Regime
  • Spatially Varied Flow
  • Trapezoidal Broad Crested Side Weir

Aghayari, F. and Honar, T. 2008. An experimental study of spatial discharge coefficient in broad crested side weirs. J. Agric. Sci. Nat. Resour.15(1): 36-46. (in Persian)

 

Bagheri, S., Kabiri-Samani, A. R. and Heidarpour, M. 2014. Discharge coefficient of rectangular sharp-crested side weirs, Part I: Traditional weir equation. Flow Meas. Instrum. 35, 109-115.

 

Borghei, S. M., Jalili, M. R. and Ghodsian, M. 1999. Discharge coeffcient for sharp-crested side weir in subcritical flow. J. Hydraul. Eng. ASCE. 125(10): 1051-1056.

 

Castro-Orgaz, O. and Hager, W. 2012. Subcritical side wier flow at high lateral discharge. J. Hydraul. Eng.ASCE. 138(9): 777-787.

 

Chanson, H. 2004. Hydraulics of Open Channel Flow. 2nd Ed. Butterworth-Heinemann.

 

Chow, V. T. 1959. Open Channel Hydraulic. McGraw-Hill Book Co. New York, NY.

 

De Marchi, G. 1934. Saggio di teotia de funzionamenta degli stramazzi laterali. L’Energia Electricia, Rome, Italy, 11(11): 849-860. (in Italian)

 

Haddadi, H. and Rahimpour, M. 2012. A discharge coefficient for a trapezoidal broad-crested side weir in subcritical flow. Flow Meas. Instrum. 26, 63-67.

 

Hager, W. H. 1987. Lateral outflow over side weirs. J. Hydraul. Eng. ASCE. 113(4): 491-504.

 

Honar, T., Javan, M. and Keshavarzi, A. 2002. Discharge coefficient of inclined side weir in non- prismatic rectangular channels. J. Water Soil Sci. 6(3): 63-75. (in Persian)

 

Keshavarzi, A., and Ball, J. 2014. Discharge coefficient of sharp crested side weir in trapezoidal channel with different side wall slopes under subcritical flow conditions. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 63(4): 512-522.

 

Kumar, C. P. and Pathak, S. K. 1987. Triangular side weirs. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 113(1): 98-105.

Nadesamoorthy, T. and Thompson, A. 1972. Discussion of spatially varied flow over side weirs. J. Hydraul. Div. 98(12): 2234-2235.

 

Ranga-Raju, K. G., Gupta, S. K. and Prasad, B. 1979. Side weir in rectangular channel. J. Hydraul. Div. ASCE. 105(5): 547-554

 

Riyahi-Bani, S. 2013. Theoretical and experimental study for a sharp crested trapezoidal side weir in subcritical flow regime. M. Sc. Thesis. Tehran University. Karaj, Iran. (in Persian)

 

Singh, R., Manivannan, D. and Satyanarayana, T. 1994. Discharge coefficient of rectangular side weirs. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 120(4): 814-819.

 

Subramanya, K. and Awasthy, S. C. 1972. Spatially varied flow over side weirs. J. Hydraul. Div. ASCE. 98(1): 1-10.

 

Uyumaz, A. 1992. Side weir in triangular channel. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 118(6): 965-970.

 

Uyumaz, A. and Smith, R. H. 1991. Design procedure for flow over side weirs. J. Irrig. Drain. Eng. ASCE. 117(1): 79-90.

 

Vatankhah, A. R. 2012a. Analytically solution for water surface profile along a side weir in triangular channel. Flow Measure. Instrum. 23(1): 76-79.

 

Vatankhah, A. R. 2012b. Water surface profile over side weir in a trapezoidal channel. Water Manage. 165(5): 247-252.

 

Vatankhah, A. R. 2012c. New solution method for water surface profile along a side weir in a circular channel. J. Irrig. Drain. Eng. 138(10): 948-954.

 

Zahiri, A., Azamathulla, H. M. and Bagheri, S. 2013. Discharge coefficient for compound sharp crested side weirs in subcritical flow conditions. J. Hydrol. ASCE. 480, 162-166.