ارزیابی روابط برآورد بده جریان خروجی از دریچه های کشویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه آبیاری و آبادانی دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران-پردیس کرج

3 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشگاه تهران

4 گروه مهندسی هیدرومکانیک و هیدرولیک، دانشگاه بوندسوهر مونیخ، مونیخ، آلمان

چکیده

دریچه های کشویی از جمله سازه­های کنترل و اندازه گیری جریان در آبراهه­های روباز هستند. در این مطالعه، روابط موجود جریان از روزنه­ها، برای تخمین بده جریان خروجی ازدریچه کشویی، به صورت نظری و آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفته­اند. برای شرایط جریان آزاد، یک روش جدید جهت تخمین ضریب فشردگی و روابطی برای تعیین ضریب افت انرژی ارائه گردیده است. برای شرایط جریان مستغرق، با استفاده از روش انرژی- مومنتم و روابط روزنه­ها، روابطی جهت تخمین جریان خروجی از دریچه­های کشویی ارائه شد. به منظور ارزیابی درستی این روابط، جریان خروجی از یک دریچه کشویی در کانالی به طول 18 متر و عرض حدود یک متر مورد آزمون تجربی قرار گرفت. مقایسه نتایج نشان داد که تحت شرایط جریان آزاد، همه روابط روزنه­ای موجود، قابلیت خوب و همسانی دارند. کاربرد رابطه هنری در تعیین ضریب فشردگی جریان ساده­تر است. در شرایط جریان مستغرق، اختلاف برآورد ضریب بده جریان از روابط مختلف (نظیر روابط هنری، راجاراتنام-سابرامانیا) کمتر از 10 درصد و در دامنه قابل قبولی قرار دارند. برای دامنه جریان آزاد تا مستغرق، کاربرد رابطه راجاراتنام-سابرامانیا برای برآورد ضریب بده جریان مناسب­تر بوده و تنها وابسته به ضریب افت انرژی، ضریب فشردگی جریان و نسبت میزان بازشدگی دریچه به عمق بالادست جریان است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Outflow Relationships from Sluice Gates

نویسندگان [English]

  • Amin Seyedzadeh 1
  • Mehdi Yasi 2
  • Javad Farhoudi 3
  • Andreas Malcherek 4
1 PhD Student, Irrigation and Reclamation Eng. Dept., University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran
2 Department of Irrigation & Reclamation Engineering, University of Tehran, Karaj Campus, Karaj 3158777871, IRAN
3 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
4 Department of Hydromechanics and Hydraulic Engineering, Bundeswehr University Munich, Munich, Germany
چکیده [English]

One of the structures for controlling and measuring flow in open channels are the sluice gates. In this study, to estimate the outflow from the sluice gates, the existing relationships for orifices evaluated theoretically and experimentally. A new method was established for estimating the contraction coefficient and energy loss coefficient under free-flow condition. Some equations proposed to estimate the outflow from sluice gates under submerged flow conditions using the energy-moment principles and relationships for orifices. In order to evaluate the accuracy of recommended relationships, the outflow from the sluice gates was experimentally tested in a channel of 18 meters long and one meter wide. Comparison of the results showed that all the presented orifice relationships have similarly good capabilities to estimate the outflow from the sluice gates under free-flow conditions. It was concluded that the applying of Henry relationship would be the simplest one in determining the contraction coefficient. Under submerged flow conditions, all the orifice relationships have competent accuracy in estimating the flow rate, with an order of errors less than 10 percent. Under full ranges of free to submerged flow conditions, the discharge coefficient can be determined by the relationship of Rajaratnam and Subramanya as a function of the head loss coefficient, the contraction coefficient and the opening-to-depth ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sluice gate
  • Orifice relationships
  • Contraction coefficient
  • Head loss coefficient
  • Free and submerged flows

مراجع

Alminagorta, O. and Merkley, G. (2009). Transitional Flow between Orifice and Nonorifice Regimes at a Rectangular Sluice Gate. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135(3), 382–387.
Ansar, M. (2001). Discussion of „Simultaneous flow over and under a gate by V. Ferro. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 127(5), 325-326.
Belaud, G., & Litrico, X. (2008). Closed-form solution of the potential flow in a contracted flume. Journal of Fluid Mechanics, 599, 299-308.
Cassan, L., and Belaud, G. (2011). Experimental and numerical investigation of flow under sluice gates. Journal of Hydraulic Engineering, 138(4), 367-373.
Castro-Orgaz, O., Lozano, D., and Mateos, L. (2010). Energy and momentum velocity coefficients for calibration of submerged sluice gates in irrigation canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 136(9), 610–616.
Clemmens, A. J., Strelkoff, T. S., & Replogle, J. A. (2003). Calibration of submerged radial gates. Journal of Hydraulic Engineering, 129(9), 680-687.
Ferro, V. (2000). Simultaneous flow over and under a gate. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(3), 190- 193.
Ghavidel, M.A., Kuchakzadeh, S., Bijankhan, M. (2018). Numerical modeling of flow through sluice gates in all submergence range. Iranian Journal of Soil and Water Research, 49(3), 583-596 (In Farsi)
Habibzadeh, A., Vatankhah, A., and Rajaratnam, N. (2011). Role of Energy Loss on Discharge Characteristics of Sluice Gates. Journal of Hydraulic Engineering, 137(9), 1079–1084.
Henry, H. R. (1950). A study of flow from a submerged sluice gate. M.S. thesis, Dept. of Mechanics and Hydraulics, Iowa State Univ., Ames, IA.
Kim, D. G. (2007). Numerical analysis of free flow past a sluice gate. KSCE Journal of Civil Engineering, 11(2), 127-132.
Kubrak, E., Kubrak, J., Kiczko, A., & Kubrak, M. (2020). Flow Measurements Using a Sluice Gate; Analysis of Applicability. Water, 12(3), 819.
Lozano, D., Mateos, L., Merkley, G. P., and Clemmens, A. J. (2009). Field calibration of submerged sluice gates in irrigation canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 135(6), 763–773.
Rajaratnam, N., and Subramanya, K. (1967). Flow equation for the sluice gate. Journal of Irrigation and Drainage Divison, 93(IR3), 167–186.
Roth, A., Hager, W. H. (1999). Underflow of standard sluice gate. Journal of Experiments in Fluids, 27(4), 339–350.
Sepulveda Toepfer, C. (2008). “Instrumentation, model identification and control of an experimental irrigation canal.” Ph.D. thesis, Technical Univ. of Catalonia, Barcelona, Spain.
Sepúlveda, C., Gómez, M., & Rodellar, J. (2009). Benchmark of discharge calibration methods for submerged sluice gates. Journal of irrigation and drainage engineering, 135(5), 676-682.
Shammaa, Y., Zhu, D., and Rajaratnam, N. (2005).  Flow Upstream of Orifices and Sluice Gates. Journal of Hydraulic Engineering, 131(2), 127–133.
Shayan, H. K., & Farhoudi, J. (2013). Effective parameters for calculating discharge coefficient of sluice gates. Flow Measurement and Instrumentation, 33, 96-105.
Steppert, M., Epple, P., & Malcherek, A. (2020). Parametrisation of the Pressure and the Momentum Integral for Inclined Sluicegates Flows. In ASME 2020 Fluids Engineering Division Summer Meeting collocated with the ASME 2020 Heat Transfer Summer Conference and the ASME 2020 18th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection.
Woycicki, K. (1931). Wassersprung, Deckwalze und Ausfluss unter einer Schütze [Hydraulic jump, roller and outflow from below a gate]. Ph.D. dissertation 639, ETH Zurich, Zurich, Switzerland.
Wu, S., & Rajaratnam, N. (2015). Solutions to rectangular sluice gate flow problems. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 141(12), 06015003.
 
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 52، شماره 8
آبان 1400
صفحه 2077-2091

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار