شبیه‌سازی عددی جریان سه‌بعدی در آبگیر مدول تیغه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، پردیس بین‌المللی ارس دانشگاه تهران، تهران، ایران

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

3 استادیار دانشکده کشاورزی دانشگاه بین‌المللی امام‌خمینی، قزوین، ایران

چکیده

مدول‌ها سازه‌هایی هستند که به­رغم نوسانات سطح آب در کانال­های آبیاری، دبی نسبتاً ثابتی تحویل می‌دهند. از جمله این سازه‌ها، مدول­های تیغه‌ای هستند که بر مبنای مطالعات نظری و آزمایشگاهی روش­های مختلفی برای تعیین ابعاد آنها معرفی شده است. تعیین ضوابط و بهترین روش طراحی آنها نیازمند آزمون آزمایشگاهی است؛ این ضوابط برای ظرفیت‌های پایین تعیین شده و عملکرد بسیار مطلوب آنها به اثبات رسیده است. چنین مدول‌هایی قابلیت کاربرد برای دبی‌های بالاتر را هم دارند اما به­دلیل بررسی پدیدۀ اثر مقیاس در مدل‌های آزمایشگاهی همچون سرریزها، استفاده از این مدل­ها در ظرفیت­های بالاتر زمان­بر و هزینه­بر است. با توجه به نوع طراحی مدول‌های تیغه‌ای، تعیین حساسیت ارتفاع تیغه‌ها در تعیین سهم جریان عبوری از سرریز تیغه‌ها نسبت به کل دبی و سهم دبی هر مجرا اهمیت ویژه‌ای دارد که تعیین آنها در مدل‌های آزمایشگاهی امکان‌پذیر نیست. از این رو، تحقیق حاضر با هدف ارزیابی کاربرد مدل‌های عددی سه‌بعدی در شبیه‌سازیجریان در مدول­های تیغه‌ای برای بازتولید داده‌های مشاهده‌ای، تعیین سهم جریان عبوری از سرریز تیغه‌ها نسبت به کل دبی، سهم جریان عبوری از هر یک از مجراهای موازی و امکان‌سنجی استفاده از معادلات دبی-اشل برای سرریزها  به اجرا درآمد. به­کارگیری نرم‌افزار Flow-3D نشان داد که این ابزار در شرایط تحت آزمون، نتایج بسیار قابل اعتمادی ارائه می­دهد و قابلیت کاربرد را برای تعیین ضوابط طراحی مدول‌ها برای ظرفیت‌های بالا، تعیین میزان جریان عبوری از هر مجرا و سرریز تیغه‌ها دارد و بنابراین به­عنوان جایگزینی برای بررسی‌های آزمایشگاهی یا محدود کردن نیاز به ابزار آزمایشگاهی، با میانگین قدرمطلق خطای نسبی حدود 7/1 درصد برای ظرفیت 14 لیتر بر ثانیه، 97/3 درصد برای ظرفیت 10 لیتر بر ثانیه، 22/5 درصد برای ظرفیت 7 لیتر بر ثانیه و 94/7 درصد برای ظرفیت 4 لیتر بر ثانیه توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Three-Dimensional Flow in Baffle Modules

نویسندگان [English]

  • Ataallah Momeni heravi 1
  • S. Kouchakzadeh 2
  • M. Bijankhan 3
1 University of Tehran
2 Professor
3 Imam Khomayni Qazvin,
چکیده [English]

Intake Modules are structures that deliver relatively constant discharge irrespective of water surface fluctuations. One of these modules is baffle sluice modules for which various theoretical methods have been proposed so far for determining their dimensions. Determining the best theoretical approach requires experimental studies. In this regard experimentations have been carried out only for low capacities. Therefore, numerical methods can be used to identify design criteria of baffle modules in higher capacities. But because of the scale effect on experimental models such as weir, the use of these models in higher capacities requires time and cost. Also, considering the type of design of the baffle modules, determination of the sensitivity of baffle height in determining the share of flow over the baffles and the rate of discharge of each duct is very important, which is not feasible in Experimental models. In this research aims to evaluate the application of three-dimensional numerical models in simulation of flow in baffle modules for reproduction of observational data, determination of the share of flow over the baffles, the rate of discharge of each parallel duct and the use of stage-discharge equations. The result of Flow-3D software indicated that very good concurrence exists between the numerical model output and the observed data for low discharge and this software is applicable to determination of design criteria for the modules for high capacities, determination of the share of flow over the baffles, the rate of discharge of each parallel duct and the use of stage-discharge equations. This indicated the capability of such mean to substitute experimental test or to decrease their use for special cases with an average error of about 1.7% for 14 l/s, 3.97% for 10 l/s, 5.22% for 7 l/s and 7.94% for 4 l/s.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Baffle Height
  • Experimental Model
  • Numerical Software
  • Parallel Baffle Modules
Bijankhan, M. and Kouchakzadeh, S. 2012. Baffle modules: improved design based on the variable hydraulic sensitivity concept. J. Irrig. Drain. Eng. 61(2): 260-269.

 

Bijankhan, M., Mehrzad, M., Golzar, M. and Kouchakzadeh, S. 2017. Volumetric water delivery using baffle sluice modules: New approach. J. Irrig. Drain. Eng., 143(10): 1-13.

 

Bijankhan, M., Di Stefano, C. and Ferro, V. 2018. Generalised stage–discharge relationship for rectangular weirs. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management. 171(3):
125-133.

 

Blake, P. T., Young, N. L. and Crookstone, B. M. 2018. Size-scale effects of labyrinth weir hydraulics. 7th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures. May 15-18. Aachen, Germany.

 

Ghasemzadeh, F. 2014. Hydraulic Simulation in Flow-3D. Noavar Press Book. IRI. (in Persian)

 

Javareshkian, M. H. 1993. Secondary flow in a 90 degree bend having rectangular cross-section. M. Sc. Thesis. The University of Liverpool. England.

 

Mehrzad, M. 2015. Performance assessment of parallel baffle modules. M. Sc. Thesis. Faculty of Agriculture. Tehran University, Karaj, Iran. (in Persian)

 

Mishra, P. K., Larsen, P. and Satyanarayana, T. 1990. Development of low-discharge baffle-sluice modules. J. Irrig. Drain. Eng. 116(3): 444-453. Doi: 10.1061/(ASCE)0733-9437(1990).

 

Savari, H. 2010. The impact of baffle distance on the baffle gate distributors. M. Sc. Thesis. Faculty of Agriculture. Tehran University, Karaj, Iran. (in Persian)

 

Vatankhah, A. R. 2013. Discussion of discharge coefficient for Baffle Sluice gates by PK Mishra, Wernher Brevis, Cornelia Lang. J. Irrig. Drain. Eng. 140(4): 336-340.