بررسی آزمایشگاهی تأثیر محل قرارگیری دیواره سپری بر عملکرد سرریز زیگزاگی و کلید پیانویی با مقطع ذوزنقه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی آب، پردیس علوم و تحقیقات خوزستان، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران و گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

3 گروه علوم و مهندسی آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران

4 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

چکیده

سرریزهای غیر خطی در بارهای آبی کم، ظرفیت تخلیه نسبتاً بالایی داشته و در بارهای آبی زیاد به دلیل استغراق در کلید خروجی سرریز، راندمان آن­ها کاهش می­یابد. سرریزهای زیگزاگی از جمله سازه­های هیدرولیکی است که برای تنظیم سطح آب و کنترل جریان در مخازن سدها استفاده می­شوند. عملکرد سرریزهای زیگزاگی در بارهای زیاد جریان، به دلیل  تداخل تیغه­های جریان، تلاطم و استغراق در کلید خروجی، مطلوب نمی­باشد؛ از این رو، هدف این پژوهش بررسی اثر محل قرارگیری دیواره سپری بر استغراق ورودی سرریز است که برای این منظور از دیواره­های سپری شیب‌دار با شیب‌های (1B'= و 5/0B'=) و طول­های (cm 30= B و cm60= B) بر روی دو مدل سرریز زیگزاگی و کلید پیانویی با مقطع ذوزنقه­ای استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع و طول دیواره­های سپری باعث کاهش 50 درصدی ضریب آبگذری می­گردد و راندمان سرریزها با افزایش دبی جریان به میزان 33 درصد افزایش می­یابد. وجود این سپرها در سرریز زیگزاگی نسبت به کلید پیانویی با پلان مشابه، تا 30 درصد عملکرد بهتری را نشان داد. این تحقیق نشان داد که دیواره‌های سپری نصب شده در خروجی سرریز حدود 5 الی 10 درصد عملکرد بهتری نسبت به حالت نصب در ورودی از خود نشان می­دهند، همچنین نتایج حاصله نشان می­دهد سرعت جریان با ضریب آبگذری رابطه مستقیم دارد از این رو افزودن دیواره سپری به سرریزهای زیگزاگی و کلید پیانویی مشکل افت راندمان در دبی­های بالا برای این سرریزها را به میزان 40 درصد مرتفع می­سازد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of the effect of parapet wall location on the performance of trapezoidal labyrinth and piano-key weirs

نویسندگان [English]

  • Marzieh Hamidinia 1
  • Mohammad Heidarnejad 2
  • Mohammad Hossein Pourmohammadi 3
  • Alireza Masjedi 4
  • Amin Bordbar 4
1 Department of Water Science Engineering, khouzestan Science and Research Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran, and Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
3 Department of Water Science Engineering, Shoushtar Branch, Islamic Azad University, Shoushtar, Iran.
4 Department of Water Science Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Nonlinear weirs have relatively high discharge capacities in low hydraulic loads and their performance is reduced due to submergence of the outlet key in high hydraulic loads. Labyrinth weirs are hydraulic structures used for water level adjustment and flow control in reservoirs. The labyrinth weirs performance is not satisfactory in high hydraulic loads due to interference of flow blades, turbulence and submergence in the outlet key. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of parapet wall location on weir inlet submergence. Thus, the inclined parapet walls were used on trapezoidal labyrinth and piano-key weirs, which had 60 and 30 cm length (B = 60 and 30 cm) with 1 and 0.5 in slope (B′ = 1 and 0.5). The results showed increasing the parapet wall heights and lengths leads to a 50-percent decrease in the discharge coefficient. The weirs performance also increases by 33 percent as the flow rate increases. The installation of parapet walls on the labyrinth weirs showed better performance (up to 30%) as compared to the piano-key weirs with the same plan.  Also the installation of parapet walls at the weir outlet showed a better performance (5-10%) as installed at the weir inlet. It was found that the flow rate is directly related to the discharge coefficient; hence, the efficiency drop is reduced about 40% in high discharge rates by setting the parapet walls at labyrinth and piano-key weirs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Piano-key weir
  • labyrinth weir
  • parapet wall
  • inlet submergence
  • hydraulic performance

مراجع

Afzalian, A.R. and Ahadian, J. (2015a) Piano Key Weirs with Positive Parapet Wall. Water and Soil Science, 25 (4-2), 97-107. (In Farsi)
Afzalian, A.R. and Ahadian, J. (2015b) Piano key weir with sloped parapet wall. Journal of Irrigation Science and Engineering, 38 (2), 92-102. (In Farsi)
Anderson, R.M., Tullis, B.P. and ASCE, M. (2013) Piano Key Weir Hydraulics and Labyrinth Weir Comparison, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139 (3), 246-253.
Babb, A. (1976) Hydraulic model study of the Boardman Reservoir Spillway. R.L Albook Hydraulic Laboratory, Washington State University, Pullman, Wash.
Barcouda, M., Cazaillet, O., Cochet, P., Jones, B.A., Lacroix, S., Laugier, F., Odeyer, C. and Vingny, J.P. (2006) Cost-effective increase in storage and safety of most dams using fusegates or P. K. weirs. In: Proceedings of the International Commission on Large Dams, 22nd ICOLD Congress. Barcelona, Spain.
Gonzalez, C.A. and Chanson, H. (1995) Hydraulic Design of Stepped Cascades, Channels, Weirs and Spillways, Dam Engineering, 17(4), 223-244.
Hay, N. and Taylor, G. (1970) Performance and design of labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Division (ASCE), 96(2), 2337-2357.
Javaheri, A. and Kabiri Samani, A.R. (2011) Determining the discharge coefficient of piano-key weirs in free flow. In: Proceedings of the 1th International Conference and the 3th National Conference on Dams and Water Power Plants, 9-20 Oct., Tehran, Iran. (In Farsi)
Kabiri-Samani, A.R. (2010) Analytical approach for flow over an oblique weir. Transaction, A: Civil Engineering, Scientia Iranica. Sharif University of Technology, Tehran, Iran, 17(2): 107-117.
Lempérière, F. (2017) Dams and Floods. Journal of Engineering, 3(1), 144-149.
Lempérière, F. and Jun, G. (2005) Low cost increase of dam’s storage and flood mitigation: the piano keys weir. In: Proceedings of the 19th Congress of the International Commission on Irrigation and Drainage (ICID), Beijing, China.
Lempérière, F. and Ouamane, A. (2003) The piano keys weir: A new cost-effective solution for spillways. International Journal on Hydropower and Dams, (5):144–149.
Lux III, F.L. and Hinchcliff, D. (1985) Design and Construction of Labyrinth Spillways. In: Proceedings of the 15th International Congress on Large Dams, International Commission on Large Dams, Paris, France, 4(15), 249-274.
Lux, F. (1993) Design Methodologies for Labyrinth Weirs, In: Proceedings of the Water Power and Dam Construction, Nashville, Tenn, pp. 1379-1407.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B. and Pirotton, M. (2013) Parapet wall effect on piano key weir efficiency. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(6), 506-511.
Machiels, O., Erpicum, S., Archambeau, P., Dewals, B.J. and Pirotton, M. (2010) Experimental study of the hydraulic behavior of Piano Key Weirs. In: Proceedings of the 17th Congress of the Asia and Pacific Division of the International Association of Hydro-Environment Engineering and Research (IAHRAPD). 21-24 Feb. Auckland, New-Zealand.
Machiels, O., Erpicum, S., Pirotton, M., Dewals, B. and Archambeau, P. (2012) Experimental analysis of PKW hydraulic performance and geometric parameters optimum. In: Proceedings of International Workshop on Piano Key Weir for In-stream Storage and Dam Safety, May 30th - June 1st, New Delhi, India, pp. 97-114.
Tullis, J.P., Amanian, N. and Waldron, D. (1995) Design of Labyrinth Spillways. Journal of Hydraulic Engineering, (ASCE), 121 (3), 247.
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 50، شماره 3
مرداد 1398
صفحه 543-553

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار