بررسی عددی اثر همگرایی دیواره های سرریز روی مشخصات هیدرولیکی جریان در سرریز سد و احتمال وقوع پدیده ی کاویتاسیون

سابقه و هدف: سرریزها از مهمترین و حساسترین بخش ها در سازه سدها به شمار می آیند که وظیفه تخلیه دریاچه سد در مواقع اضطراری و سیلابی را بر عهده دارند. با وجود این که مطالعات زیادی برای شناخت مشخصات جریان بر روی سرریزها انجام شده است، اما اطلاعات اندکی در مورد تاثیر همگرایی دیواره های سرریز برروی مشخصه های هیدرولیکی جریان فوق بحرانی پاییندست تنداب و پتانسیل وقوع کاویتاسیون موجود است. برای کاهش هزینه های ساخت سرریزهای نسبتا طولانی و همچنین لحاظ عوامل توپوگرافیکی، دیواره های سرریز را بخصوص در تنداب ها به صورت همگرا اجرا می کنند. دراثر همگرایی دیواره ها و اندرکنش جریان سرریز با این دیواره ها، جریان فوق بحرانی موجی، شکل میگیرد که حاصل این اندرکنش، تشکیل امواجی در پاییندست سرریز و روی دیواره های تنداب می باشد. این پدیده، میدان جریان پاییندست را تحت تاثیر قرار داده، شرایط نامتعادل هیدرولیکی روی سرریز را باعث میشود و بنابراین ارتفاع امواج روی دیواره، طرح دیوارهای کناری تنداب را تحت تاثیر قرار داده و از این لحاظ پروفیل امواج روی دیواره نیز اهمیت می یابد. مواد و روش ها: در این تحقیق با استفاده از نرم افزار Flow-3D، مدل آشفتگی و روش حجم محدود به شبیه سازی جریان بر روی سرریز همگرا سد گاوشان پرداخته شده و سپس تاثیر همگرایی دیواره های سرریز سد گاوشان تحت زوایای مختلف همگرایی شامل 0، 1، 2، 5/2 و 3درجه بر مشخصه های هیدرولیکی جریان مانند نحوه توزیع سرعت متوسط، فشار متوسط کف و عمق متوسط جریان و همچنین احتمال وقوع کاویتاسیون مورد بررسی قرار گرفت. برای صحت سنجی نتایج حاصل از تحلیل عددی، از نتایج آزمایشگاهی مدل هیدرولیکی سرریز استفاده شد. یافته ها: نتایج حاکی از افزایش سرعت متوسط و عمق متوسط جریان با افزایش جمع شدگی دیواره های سرریز می باشد. همچنین موقعیت مینیمم عمق جریان روی سرریز با افزایش جمع شدگی دیواره ها به تاج سرریزنزدیک تر می شود. جمع شدگی دیواره ها باعث ایجاد دو دسته موج های ثانویه در کناره ها و محور سرریز می شود که منجر به افزایش آشفتگی در جریان و افزایش ارتفاع دیواره های سرریز می شود. نتیجه گیری: با افزایش زاویه همگرایی، عدد فرود در طول مسیر جریان کاهش می یابد. با بررسی مقادیر فشار مشخص شد که به علت بالاآمدن عمق جریان در امتداد دیواره ها، فشار نیز در نزدیک دیواره های شوت افزایش پیدا می کند. بعلاوه با محاسبه ی شاخص کاویتاسیون در مقاطع مختلف مدل عددی مشخص شد که با افزایش زاویه ی همگرایی، شاخص کاویتاسیون افزایش یافته و در نتیجه بالاترین ریسک پدیده ی کاویتاسیون برای مدل با حداقل زاویه ی همگرایی خواهد بود.

کلیدواژه ها:

دیواره ی همگرای سرریز ، شبیه سازی عددی ، نرم افزارFlow 3D ، پدیده ی کاویتاسیون ، مدل آشفتگی