بررسی افت انرژی در سرریزهای پلکانی با وجود موانع روی پله ها با کمک مدل فیزیکی و مدل ریاضی Flow-3D

سابقه و هدف: برای عبور آبهای اضافی و سیلابها از سراب به پایاب سدها از سازه‌ای به نام «سرریز» استفاده می‌‌شود. سرریز باید سازه‌ای قوی، مطمئن و با کارآیی بالا انتخاب شود که هرلحظه بتواند برای بهره‌برداری آمادگی داشته باشد. سرریزهای پلکانی بعنوان گزینه‌ای مناسب برای اصلاح سرریزهایی که برای عبور دبی حداکثر محتمل با مشکل روبرو هستند مطرح می‌شوند. سرریز پلکانی متشکل از پله هایی است که از نزدیکی تاج سرریز شروع شده و تا پاشنه پایین دست ادامه دارند. با افزایش زبری، انرژی جریان عبوری از روی سرریز بصورت یکنواخت وپیوسته پراکنده می‌شود، و دیگر در پنچه سرریز نیازی به ایجاد تاسیسات کاهنده انرژی جریان نظیر حوضچه های آرامش (که انرژی در آن باید یکباره پراکنده شود) نخواهد بود و یا در صورت لزوم ابعاد این گونه سازه ها کاهش خواهد یافت. مواد و روش‌ها: در این تحقیق برای افزایش زبری از موانعی بر روی سرریز پلکانی استفاده شد که برای بیشتر کردن استهلاک انرژی آب استفاده می‌گردد. جهت بررسی آزمایشگاهی این تحقیق، از یک فلوم با قوس 90درجه در دانشگاه آزاد واحد اهواز استفاده شد و با انتخاب مدلهای مختلف موانع روی سریز پلکانی در سه شکل با سه طول و عرض متفاوت و همچنین استفاده موانع به صورت تکی و ترکیبی با 5 دبی متفاوت، جمعا 140 آزمایش انجام شد. پس از تحلیل نتایج مشخص گردید که در ترکیب سرریز پلکانی با موانع به ترتیب مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه‌ای، باعث کاهش استهلاک و افت انرژی شد. یافته‌ها: موانع مثلثی به طور متوسط باعث افزایش 15.9 درصدی استهلاک انرژی، موانع مستطیلی به طور متوسط باعث افزایش 13.7 درصدی استهلاک انرژی و موانع ذوزنقه ای به طور متوسط باعث افزایش 11.2 درصدی استهلاک انرژی نسبت به مدل شاهد شده اند. با افزایش طول و عرض موانع باعث افزایش استهلاک و افت انرژی شد. موانع در حالت دو پله بیشترین استهلاک انرژی و افت را داشته. با ترکیب موانع بر دو پله سرریز پلکانی به طور متوسط 14.4 درصد، در موانع به حالت تکی در پله اول به طور متوسط 5.8 درصد و موانع بر پله دوم 4.8 درصد افزایش استهلاک انرژی را نسبت به حالت شاهد دارد. با افزایش عدد فرود از 0.32 به 1.71 شاهد کاهش استهلاک و افت انرژی هستیم که به دلیل استغراق پله‌های زیر سطح آب و کاهش زبری پله‌ها و با افزایش شدت پدیده ورود هوا می‌باشد که در استهلاک انرژی تاثیر می‌گذارد. نتایج شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D نزدیک به مدل فیزیکی می‌باشد و به طور متوسط تنها 6.3 درصد خطا دارد که قابل قبول می‌باشد. نتیجه گیری: پس از تحلیل نتایج مشخص گردید که در ترکیب سرریز پلکانی با موانع به ترتیب مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه‌ای، شاهد کاهش استهلاک و افت انرژی هستیم. همچنین مقایسه نتایج شبیه سازی و مدل فیزیکی نشان می‌دهد با افزایش عدد فرود نتایج شبیه سازی با مدل ریاضی Flow-3D انحراف کمتر با مدل فیزیکی پیدا می‌کندو به واقعیت نزدیکتر می‌شود.