بررسی عددی و آزمایشگاهی تأثیر شکل لبه دریچه بر میدان جریان پایین دست دریچه های تحتانی

تونل های تخلیه کننده تحتانی یکی از سازه های جنبی سدها هستند که با توجه به نقش ویژه آنها در تخلیه و کنترل سیلاب و آبیاری پایین دست نیازمند طراحی دقیق می باشند و همواره اطمینان از عملکرد مناسب مجرا و تأسیسات آن باید مورد بررسی قرارگیرد. بدلیل اهمیتی که این سازه ها دارند و به لحاظ سرعت زیاد جریان (بخصوص در محل قرارگیری دریچه) و همچنین عدم اطلاعات کافی در زمینه عملکرد مناسب هیدرولیکی آنها، انجام تحقیقات و بررسی های بیشتری در این زمینه احساس می گردد. وجود جریان تحت فشار در بالادست دریچه تخلیه کننده ها، وجود افت انرژی جریان به علل مختلف و هم چنین مقادیر ناچیز نسبت بازشدگی دریچه به هد آب روی آن باعث می شود استفاده از نتایج بدست آمده از روش های تئوری همواره مورد بررسی و صحت سنجی قرار گیرند. بر این اساس در این پایان نامه، ابتدا با استفاده از روش تجربی، آزمایش های موردنظر برروی مدل آزمایشگاهی ساخته شده در مرکز تحقیقات آب ایران به انجام رسید. سپس مدل عددی شبیه سازی گردید و آزمایش ها بر روی آن ادامه پیدا کرد. بدین ترتیب که در گام اول با استفاده از نتایج مدل آزمایشگاهی، نتایج حاصل از مدل عددی مورد کنترل، کالیبراسیون و صحت سنجی قرار گرفتند. پس از حصول اطمینان از صحت نتایج ، در گام بعدی مدل عددی برای حالات جدید که مدل تجربی در دسترس نبود، گسترش یافت. آزمایش های مدل فیزیکی در حالت عدم وجود هواده جهت برداشت مقادیر فشارهای هیدروستاتیک و برای هدآب 2 و 5 متر، بازشدگی 50 ، 70 و 90 درصد تحت زاویه دریچه موجود (که 5/22 درجه بود) به انجام رسید. در مرحله بعد جهت بررسی تأثیر شکل دریچه بر میدان جریان پایین دست (شامل میدان فشار، سرعت و پروفیل جریان)، دریچه با زاویه لبه 45 درجه در مدل عددی تهیه گردید و برای همان هدهای 2 و 5 متر و همان بازشدگی های 50 و 70 درصد مورد بررسی قرار گرفت. • نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش زاویه لبه دریچه از 5/22 به 45 درجه، فشار هیدروستاتیک در کلیه نقاط مجرا افزایش خواهد یافت و نیز پروفیل جریان پایین دست دریچه عمق کمتری پیدا خواهد نمود، در نتیجه دبی عبوری از زیر دریچه کاهش خواهد یافت. یا بعبارت دیگر، با ثابت نگهداشتن دبی، هد آب درون مخزن افزایش یافته که منجر به افزایش فشار در کلیه نقاط مجرا خواهد شد. همچنین دیده شد که روند کلی حاکم بر تغییرات اندیس کاویتاسیون، روند افزایشی است که این مطلب بخوبی با توصیه های موجود که زاویه 45 درجه را توصیه می کنند سازگار است. و نیز با بررسی نیروهای وارد بر دریچه نیز ملاحظه گردید که با تغییر زاویه از 5/22 به 45 درجه، نیروی پایین کشنده که در اثر فشار منفی در زیر دریچه ایجاد شده است تبدیل به نیروی بالابرنده می گردد که از اثرات مثبت زاویه 45 درجه بحساب می آید.