بررسی عددی و آزمایشگاهی هندسه سرریز و شیب تنداب بر میدان جریان سرریز شوت

یکی از ارکان اصلی در طراحی سرریز سد هواده ها می باشند که به منظور جلوگیری از خسارات ناشی از تخریب بدنه سرریز در اثر پدید? کاویتاسیون در سرریز های شوت تعبیه می شوند. بررسی تاثیر عوامل گوناگون در بهبود طراحی بهینه سرریز و هواده ها باعث صرفه جویی در هزینه های احتمالی ناشی از تخریب سرریز در اثر پدیده های مختلف طبیعی از قبیل سیل و کاویتاسیون و نیز پدیده های مختلف انسانی ناشی از دخل و تصرف در اکوسیستم طبیعت می گردد. یکی از عوامل مهم در طراحی سرریزها سد، انتخاب مناسب شیب می باشد. در این پایان نامه سعی شده است تا تاثیرات شیب تنداب سرریز بر روی میدان جریان در نواحی اطراف هواده ها مورد آزمون و ارزیابی قرار گیرد. در مرحله نخست به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای هیدرولیکی و نیز هوارسانی هواده ها، بر روی سه مدل هیدرولیکی سرریز سدهای آزاد، جره و گتوندعلیا که دارای شیب های متنوعی می باشند، در موسسه تحقیقات آب تهران چهارده آزمون برای جریان های مختلف ورودی صورت گرفت و نتایج مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. سپس مدل هیدرولیکی سرریز آزاد در نرم افزار flow-3d شبیه سازی و پس از صحت سنجی به ازای شیب های تنداب متنوع، شرایط میدان جریان در اطراف هواده شبیه سازی و مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. در ادامه، سه مدل هیدرولیکی سرریزهای آزاد، جره و گتوندعلیا که دارای هواده های مشابهی بودند، به ازای چهارده دبی جریان مورد مطالعه قرار گرفتند. میدان جریان ( شامل فشار استاتیک وارد بر کف تنداب ، زیر فشار رمپ، سرعت و عمق جریان)، در طول و عرض تنداب، واقع در بالادست و پایین دست هواده ها و نیز دبی هوای ورودی به هواده ها و نیز طول جت پرتابی برداشت و مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین داده های حاصل با روابط برخی محققین مورد مقایسه قرار گرفتند. سپس رابطه ای برای نسبت دبی هوای ورودی به دبی جریان ارائه گردید که از ضریب رگرسیون قابل قبولی برخوردار می باشد. در مرحله بعد، این رابطه، نسبت به شیب تنداب سرریزها در هر یک از مدل های مذکور حساسیت سنجی شد. در مرحله دوم تحقیقات از آنجایی که قابلیت تغییر شیب در مدل های هیدرولیکی در آزمایشگاه وجود نداشت، برای بررسی میزان تغییرات میدان جریان در اثر تغییر شیب هایی که نتایج ازمایشگاهی موجود نبود از نرم افزار flow-3d استفاده گردید. مزیت این تحقیق نسبت به تحقیقات قبلی صورت گرفته با این نرم افزار مدل سازی ورود هوا به جریان هم از طریق سطح جریان و هم از طریق کف تنداب در منطقه هوادهی میباشد. در این راستا، مدل هیدرولیکی سرریز آزاد در این نرم افزار مدل سازی گردید. پس از انجام صحت سنجی مدل توسط داده های حاصل از آزمایشگاه که از دقت مناسبی برخوردار شدند، مشخص گردید که در ناحیه پس از برخورد جت آب با تنداب به دلیل حضور یک ناحیه چرخشی قبل از نقطه برخورد و اندرکنش آن با دو فاز هوای زیر تیغه جت آب و جریان جاری بر روی سرریز بیشترین نوسان فشار دیده می شود. سرعت و عمق جریان با دقت مناسبی شبیه سازی گردیدند. شیب تنداب مدل در پنج حالت گوناگون دیگر برای جریان­های مختلف شبیه سازی شدند. نتایج حاصل از این شبیه سازی ها در شرایط هندسی مشابه و فرود کنترل ثابت مورد مقایسه و مطالعه قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که در حالت کلی، افزایش شیب تنداب، باعث کاهش فشار وارد بر کف، کاهش عمق و افزایش سرعت جریان می گردد.