اثر هم‌افزایی هندسه ذوزنقه‌ای و شیب جانبی در سرریزهای کلید‌پیانویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

سرریزهای کلیدپیانویی (PKW) به دلیل افزایش طول مؤثر تاج در فضای محدود، گزینه‌ای کارآمد برای کنترل سیلاب و مدیریت جریان آب هستند. در این پژوهش، اثر هم‌افزایی ناشی از ترکیب هندسه ذوزنقه‌ای و شیب سراسری دیواره جانبی در سرریزهای کلیدپیانویی نوع A به‌صورت آزمایشگاهی بررسی شد. بدین منظور، چهار مدل فیزیکی شامل سرریزهای مستطیلی و ذوزنقه‌ای، هر یک با و بدون شیب ۵ درجه، در یک فلوم آزمایشگاهی ۱۵ متری مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در نسبت بار آبی H/P بزرگ‌تر از 12/۰، بیش از ۷۵ درصد طول تاج درگیر جریان می‌شود و ضریب دبی در مدل‌های دارای شیب جانبی به طور محسوسی افزایش می‌یابد. همچنین، مدل ذوزنقه‌ای شیب‌دار (TPKW5) به طور میانگین ۱۳ درصد ضریب دبی بیشتری نسبت به مدل مستطیلی شیب‌دار (RPKW5) داشت (با خطای نسبی کمتر از ۲± درصد) که بیانگر وجود یک اثر هم‌افزایی واقعی میان دو پارامتر هندسی است. افزون بر این، شاخص عملکرد دبی در TPKW5 حدود ۵ درصد بیشتر از RPKW5 بود. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که ترکیب مناسب و هوشمندانه هندسه ذوزنقه‌ای و شیب کلی دیواره جانبی می‌تواند راهبردی مؤثر برای طراحی سرریزهای کم‌عمق با عملکرد هیدرولیکی برتر باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Synergistic Effect of Trapezoidal Geometry and Lateral Slope in Piano Key Spillways

نویسنده [English]

  • Morteza Shokri
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
چکیده [English]

Piano key weirs (PKWs) are efficient hydraulic structures for flood control and water management because they increase the effective crest length within a limited footprint. Nevertheless, the geometric optimization of these structures remains an important research topic. This study experimentally investigates the synergistic effect of combining trapezoidal geometry with a global sidewall slope in Type-A PKWs. Four physical models, including rectangular and trapezoidal weirs with and without a 5° sidewall inclination, were tested in a 15-m laboratory flume. The results showed that for upstream head ratios \left(H/P\right)greater than 0.12, more than 75% of the crest length becomes engaged in the flow, and the discharge coefficient of sloped models increases noticeably. In addition, the sloped trapezoidal PKW (TPKW5) exhibited, on average, a 13% higher discharge coefficient than the sloped rectangular PKW (RPKW5), with a relative error lower than ±2%, indicating a genuine synergistic interaction between the two geometric parameters. Moreover, the discharge efficiency of TPKW5 was about 5% higher than that of RPKW5. These findings suggest that the combined use of a trapezoidal planform and a global sidewall slope can be an effective strategy and intelligent combination for designing low-head spillways with superior hydraulic performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Synergistic effect
  • Piano key weir
  • Global sidewall slope
  • Discharge coefficient
  • Hydraulic performance index