بررسی عددی و آزمایشگاهی مسیر حرکت جت‏‏‌های خروجی از دریچه‏‌های تخلیه تحت فشار سدهای مخزنی

فصلنامه آب و توسعه پایدار

مقاله 10، دوره 10، شماره 3 - شماره پیاپی 29، آذر 1402، صفحه 109-120   

نوع مقاله: پژوهشی کاربردی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jwsd.v10i3.2301-1207

نویسندگان

علی طاهری اقدم^{* 1}؛ فرزین سلماسی²؛ علی حسین زاده دلیر²؛ اکرم عباسپور³

¹دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

²استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

³دانشیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

آگاهی دقیق از محل برخورد جت‌‏ها در پایاب سدها به طراحان در جانمایی دقیق و مطمئن حوضچه‏‌های استغراق کمک شایانی می‏کند. هدف از این پژوهش بررسی دقیق مسیر حرکت جت‏‌های خروجی از دریچه‌‏ها و تعیین محل برخورد آن‏ها به پای سد به‏ صورت عددی و آزمایشگاهی می‌‏باشد. برای شبیه‏‏‌سازی عددی از نرم‏افزار انسیس-فلوئنت استفاده شد. نتایج نشان داد بین مقادیر آزمایشگاهی و مقادیر استخراج شده از روابط پرتابه جت برای پیش‌‏بینی مسیر حرکت جت‏‌های تحت فشار، اختلاف قابل توجهی وجود دارد که این اختلاف می‌‏تواند ناشی از تاثیر مقاومت هوا در داده‏‌های استخراجی از کار آزمایشگاهی باشد. برای به حداقل رساندن این اختلاف، معادله پرتابه اصلاح شد. همچنین تاثیر تغییر قطر دریچه سد و دبی جریان بر محل برخورد جت ریزشی تحت فشار به زمین بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش قطر در یک دبی ثابت، محل برخورد جت تحت فشار به زمین از پای سازه کمتر و با افزایش دبی در یک قطر ثابت محل برخورد جت به زمین از پای سازه بیشتر می‏‌شود. علاوه‏ براین، نتایج شبیه‏‌سازی عددی نشان داد فشار دینامیکی و همچنین سرعت جت خروجی از دریچه به‏‌طور متوسط و به ترتیب با افزایش 145 و 242 درصدی نسبت به لبه انتهایی دریچه به زمین برخورد می‏کند که باید در طراحی‌‏ها مورد توجه قرار داده شود. همچنین طول شکست جت ریزشی تحت فشار در تحقیق حاضر بررسی شد و مشخص شد با افزایش سرعت اولیه جت آب، طول شکست جت ریزشی تحت فشار افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

جت تحت فشار؛ حوضچه استغراق؛ دریچه؛ فشار دینامیکی؛ معادله پرتابه

مراجع

بهره بر، امیررضا، حیدرنژاد، محمد، مسجدی، علی رضا، و بردبار، امین. (1400). مطالعه عددی و آزمایشگاهی ترکیب سرریز کنگره‌ای با روزنه و تأثیر آن بر ضریب دبی جریان. مجله علوم آب و خاک، ۲۵(۲)، 91-۱۰۵. DOI: 10.47176/jwss.25.2.38095
سلمان‌زاده، سمیرا، و احدیان، جواد. (1395). پراکنش حدی جریان جت خروجی در محیط هم فاز و غیر هم‌فاز، فصلنامه علوم و مهندسی آبیاری، 39(1)، 93-107. DOI: 10.22055/JISE.2016.12015
سلماسی، فرزین، نورانی، بهرام، نوروزی، رضا، و رضایی، فائزه. (1400). بررسی رابطه دبی- اشل و ضریب دبی جریان در سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 53(5)، 1689-1704. DOI: 10.22060/ceej.2019.16931.6399
غفاری، سعید، اقبال‌زاده، افشین، و جوان، میترا. (1395). بررسی عددی اثرات ارتفاع تاج روزنه‌ی جانبی مستطیلی لبه تیز بر الگو و مشخصات جریان در اطراف روزنه جانبی. مهندسی عمران مدرس; ۱۶(۲۰)، ۱2۹-۱3۹. URL: http://mcej.modares.ac.ir/article-16-1034-fa.html 
مرکز تحقیقات آب. (1381). مدل هیدرولیکی تخلیه کننده تحتانی سد البرز. گزارش نهایی. وزارت نیرو. تهران، ایران.
مرکز تحقیقات آب. (1382). مدل هیدرولیکی تخلیه کننده تحتانی سد گاوشان. گزارش نهایی. وزارت نیرو. تهران، ایران.
Ahadiyan, J., & Musavi Jahromi, S.H. (2009).  Effects of jet hydraulic properties on geometry of trajectory in circular buoyant jets in the static ambient flow. Journal of Applied Sciences, 9(21), 3843-3849. DOI: 10.3923/jas.2009.3843.3849
Ansys Fluent. (2015). Ansys Fluent Tutorial Guide, South pointe, 275 Technology Drive, Canonsburg, PA 15317, USA. 
Akbari, M., Salmasi, F., Arvanaghi, H., Karbasi, M., & Farsadizadeh, D. (2019). Application of Gaussian Process Regression Model to Predict Discharge Coefficient of Gated Piano Key Weir. Water Resources Management,  33(11), 3929–3947. https://doi.org/10.1007/s11269-019-02343-3
Ervine, D.A., & Falavey, H.T. (1987). Behavior of Turbulent Jets in Atmosphere and in Plunge Pools. Proceeding of The Institution of the Civil Engineering, Part 2,  83(1), 295-314. DOI: 10.1680/iicep.1987.353
Eggers, J. (1997). Nonlinear Dynamics and Breakup of Free Surface Flows. Reviews of Modern Physics, 69(3), 865-929.  DOI: 10.1103/REVMODPHYS.69.865
Hirt, W., & Nichols, B.D. (1981). Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries, Journal of Computational Physics, 39, 201–225. https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90145-5
Kamoi, A., & Tanaka, H. (1972). Measurements of wall share stress, wall pressure and fluctuations in the stagnation region produced by oblique jet impingement, Fluid dynamic measurements conference. University of Leicester, United Kingdom.
Malekzadeh, F., Salmasi, F., Abraham, J., & Arvanaghi, H. (2022). Numerical investigation of the effect of geometric parameters on discharge coefficients for broad-crested weirs with sloped upstream and downstream faces. Applied Water Science, 12, 1-15, https://doi.org/10.1007/s13201-022-01631-5
Nourani, B., Arvanaghi, H., & Salmasi, F. (2021).  Effects of different configurations of sloping crests and upstream and downstream ramps on the discharge coefficient for broad-crested weirs. Journal of Hydrology, 603(B), 126940. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126940
Salmasi, F., & Abraham, J. 2022. Multivariate Nonlinear Regression for Predicting Free Falling Jet Scouring: An Experimental Study. Iranian Journal of Science and Technology. Transactions of Civil Engineering, 46, 3859–3870. https://doi.org/10.1007/s40996-022-00817-w
Salazar, F., San-Mauro, J., Celigueta, M., & Onate, E. (2016). Air demand estimation in bottom outlets with the particle finite element method. Journal of Computational Particle Mechanics, 4(3), 345-356. DOI: 10.1007/s40571-016-0117-4
USBR, US Bureau of Reclamation. (1960). Design of small dams. United States Department of the Interior. United States Government Printing Officeو Denver, USA. pp: 282–291.
USBR, US Bureau of Reclamation. (1976). Design of gravity dams. United States Department of the Interior. United States Government Printing Office. Denver, USA. pp: 198–199.
USBR, US Bureau of Reclamation. (1977). Design of arch dams. United States Department of the Interior. United States Government Printing Office. Denver, USA. pp: 312–313.
USACE, U.S. Army Corps of Engineers. (1980). Hydraulic design criteria. Coastal and Hydraulics Laboratory. Engineer Research and Development Center. Waterways Experiment Station. Vicksburg, USA. pp: 8-12.
Zhang, W., & Zhu, D. (2014). Trajectories of air-water bubbly jets in cross flows. Journal of Hydraulic Engineering. American Society of Civil Engineers 140(7), 06014011. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.000088