بررسی آزمایشگاهی تعیین ضریب دبی در سرریزهای مرکب قوسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 کارشناس

3 گروه مهندسی آب ،دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گنبد

چکیده

سازۀ سرریز به‌منظور تنظیم و کنترل سطح آب در سیستم فاضلاب، کانال‌های روباز و حوضچه‌های آرامش به‌طور گسترده استفاده می‌شود. از مهم‌ترین دلایل استفاده از این سازه‌ها به‌عنوان وسایل اندازه‌گیری، داشتن رابطۀ دبی-اشل سازه است. یکی از انواع سازه‌های اندازه‌گیری و کنترل جریان، سرریز قوسی است که محور تاج این سازه به‌شکل غیر خطی و به‌صورت یک قطاع از دایره‌ای با شعاع مشخص است. به‌منظور افزایش ضریب دبی، می‌توان سرریز قوسی را به‌کار برد. در این مطالعه، از عملکرد هیدرولیکی سرریز قوسی و نیز سیستم سرریز مرکب قوسی با زاویه­های مرکزی 90، 120 و 150 درجه و ارتفاع 18 سانتی‌متر، به‌منظور بررسی و محاسبۀ معادله­های ضریب دبی و دبی عبوری از این سازه‌ها استفاده شد. نتایج اجرای آزمایش‌ها در یک کانال مستطیلی به‌طول 9 متر، ارتفاع و عرض 40 سانتی‌متر نشان داد که افزایش پارامترهای  (نسبت هد آب روی سرریز به ارتفاع سرریز)،  (نسبت عمق آب بالادست جریان به طول قوس سرریز)،  (نسبت هد آب روی سرریز به عرض کانال) و عدد فرود (Fr) منجر به افزایش ضریب دبی در سرریز قوسی ساده و سرریز مرکب قوسی شده است. بر اساس مقایسۀ ضریب دبی سرریزهای مورد آزمایش مشخص شد که شدت انحنای قوس و مرکب کردن سرریز تاثیر زیادی بر ضریب دبی این سازه‌ها دارد به طوری‌که در سرریز قوسی ساده، زاویۀ 90 درجه دارای بیشترین ضریب آبگذری و در سرریز مرکب قوسی زاویۀ 150 درجه دارای بیشترین ضریب دبی است. بررسی نتایج همچنین نشان داد که با مرکب کردن سرریز قوسی ساده، ضریب دبی حدود 17 درصد افزایش می یابد. بررسی ضریب دبی روی سرریز مرکب قوسی نشان داد که با افزایش ابعاد پلۀ دوم در سرریز مرکب قوسی، افزایش ضریب دبی را خواهیم داشت به طوری‌که در دبی 12 لیتر بر ثانیه، ضریب آبگذری در سرریز مرکب قوسی که نسبت ارتفاع به عرض پلۀ دوم در آن ( ) برابر 0.26 باشد، نسبت به سرریز مرکب قوسی که نسبت ارتفاع به عرض پله دوم در آن ( ) برابر 4/0، در زاویه­های  قوس 90، 120 و 150 درجه به‌ترتیب 6، 1/5 و 7 درصد افزایش می یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental assesment of discharge coefficient in curved compound weirs

نویسندگان [English]

  • mehdi meftah halaghi 1
  • nasire hoseini 2
  • amirahmad dehghani 3
  • abdolreza zahiri 4
1 Water Eng. Department of water and soil Eng., Gorgan university of agricultural science and natural resources
2 Expert
3 Water Eng. Department, Soil & Water faculty, gorgan university of agricultural sciences and natural resources
4 Water Eng. Department, Soil & Water faculty, gorgan university of agricultural sciences and natural resources
چکیده [English]

Introduction
Weir structure is widely used as a flow measurement, grade control structure and water surface control in sewer systems, open channels and stilling basins. Having a simple stage-discharge relationship is the most important reason for using these structures as measuring instruments. Curved weir is part of a circle with the non-linear crest axis. To increase the discharge coefficient, one can used curved weir.
 
Methodology
 In this study, hydraulic performance of curved weir and system of compound curved weir with central angles of 90, 120 and 150 degree and with 18 centimeter height were used to investigate and obtain equations for discharge coefficient and flow discharge of this structures.
 
Results and Discussion
The experiments were conducted in a rectangular channel with length of 9 meter, height and width of 40 centimeter. The results showed that the increase of parameters h/p < /em> (water head of the weir to the height of the weir), H/L (water depth upstream of the weir to the length of the weir), h/B (water head of the weir to the width of the channel) and Froude number led to increase discharge coefficient in simple curved weir and compound curves weir. Comparing the weir discharge coefficient showed that the curvature and compounding of weir has a great influence on the discharge coefficient of this structures. So that in simple curved weir, angle of 90 degree has a greater discharge coefficient, but in compound curved weir, angle of 150 degree has a greater discharge coefficient. Also checking of results showed that compound simple compound weir, led to increase value of discharge coefficient around 17 percent.
 
Conclusions
Checking of discharge coefficient on compound curved weir showed that, increasing dimension of second step in compound curved weir, led to increasing discharge coefficient. So that in discharge equals 12 (lit/sec) discharge coefficient of compound curved weir that height of second step to the width of second step (b2/b1) in that equals 0.26) towards compound curved weir that height of second step to the width of second step (h2/b1) in that equals 0.4 in vertex angles of 90, 120 and 150 respectively increasing 6, 1.5 and 7 percent .

کلیدواژه‌ها [English]

  • Arc Angle
  • Coefficient Discharge
  • Curvature of the Curved
  • Curved Weir
  • Water Pass
Anzani, A. (2015). Experimental study of the coefficient discharge of the composite structure of the arc overflow- orifice in plan with upstream and downstream arches (Master's thesis for water structures), Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran. (in Persian)
Chanson, H. (2009). Discussion of Hydraulic of broad-crested weirs with varying side slopes. Journal of irrigation and drainage engineering. ASCE. 136(7), 508-509.
Crookston, B.M. & Tullis, B. P. (2012). Discharge efficiency of reservoir-application-specific labyrinth weirs. American society of civil engineering, Journal of hydraulic engineering, 138(6), 564-568.
Fattahi, M. (2015). Experimental study of the discharge coefficient in sharp edge arc overflow- orifice in plan (Master's thesis for water structures), Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. Gorgan, Iran. (in Persian)
Hosseini, M. & Abrishami, J. (2007). Hydraulic open channels. Imam Reza University, 613 p. (in Persian)
Khosrojerdi, A., Kavianpur, M. R., Shamsayi, A. & Daemi, A. (2009). Hydrological study of wide edge overflows and axial arc effect. Journal of agricultural science and technology and
natural resources
, Water and soil sciences, 5(53), 36-53. (in Persian)
Kuhsari node, A., Dehghani, A., Mefah halaghi, M., & Zahiri, A., (2015). The prediction of arc orifice discharge coefficient in plan using genetic programming. Third National Conference on Agriculture and Sustainable Natural Resources. June. 17. Mehr Alvand Higher Education Institute, Tehran, Iran. (in Persian)
Kumar, S. & Ahmad, Z. (2012). Discharge characteristics of sharp crested weir of curved plan-from. Research Journal of Engineering Sciences, 1 (14), 16-20.
Margeirsson, B. (2007). Computational modeling of flow over a spillway in Vattenfall dam in Iceland (Master thesis). Goteborg Sweden, Department of applied mechanics, Chalmers University of Technology, Sweden.
Sangsefidi, M. & Ghodsian, M. (2019). Investigation of Effect of Entrance Channel Walls on the Hydraulic Performance of Arced Labyrinth Weirs. Civil Engineering Instructor, 19(1), 181-193. (in Persian)
Sheykhkazemi, J. & Eshrati, T. (2013). Determination profile of ogee overflow stream in axial arc conditions, 7th National Civil Engineering Congress. May. 7-8. University of Sistan and Baluchestan. Zahedan. Iran. (in Persian)
Toofani movaghar, H. (2013). Study of the effect of arc overflows in the plan on flow conditions using FLOW3D software (Master's thesis for water structures). Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. Gorgan, Iran. (in Persian)
United States Bureau of Reclamation (USBR). (1963). Compound weir study. Hydraulic laboratory report No. Hyd. 505.
Yong, J. (1999). Vattenfall hydropower project, Iceland- Hydraulic model studies of flood discharge structures. Vattenfall Utveckling Report serial. 99(8), 1-28.