شماره راهنما :
1602 دكتري
پديد آورنده :
بهمن، الهام
عنوان :
ويژگي هاي هيدروليكي جريان در سرريزهاي هيدروفويل در شرايط جريان آزاد و مستغرق
گرايش تحصيلي :
آب و سازه هاي هيدروليكي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، [149] ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
عبدالرضا كبيري ساماني، محمد نويد مقيم
توصيفگر ها :
انتقال ژوكوفسكي , تنش برشي بستر , توزيع سرعت , جريان پتانسيل , سرريز هيدروفويل , ضريب دبي , نيم رخ هاي سرعت و فشار
استاد داور :
محمود فغفور مغربي، محمود اشرفي زاده، محمد رضا چمني
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/05/26
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/05/27
چكيده فارسي :
چكيده سرريزها در شبكههاي آبياري براي تنظيم و توزيع آب و در سدها بهمنظور كنترل ارتفاع و حجم آب و همچنين تخليه سيلاب استفاده ميشوند و بخش قابل توجهي از هزينههاي ساخت سد را به خود اختصاص ميدهند بر اساس ضخامت تاج سرريزها به سرريزهاي لبهتيز لبهباريك و لبهپهن تقسيمبندي ميشوند سرريزهاي هيدروفويل نوع خاصي از سرريزهاي لبهباريك هستند كه در طراحي آنها از تئوري بالهها استفاده ميشود سرريزهاي هيدروفويل بهعلت دارا بودن مقطع خطجرياني داراي ضريب دبي بالايي بوده و نسبت به ساير انواع سرريزها اغتشاش كمتري را در مسير جريان ايجاد ميكنند هدف از مطالعه حاضر بررسي جامعتر خصوصيات هيدروليكي جريان عبوري از روي سرريزهاي هيدروفويل در شرايط جريان آزاد و مستغرق با بهرهگيري از مدلهاي آزمايشگاهي مدلسازي عددي و همچنين حل تحليلي جريان عبوري از روي سرريزهاي هيدروفويل است در اين مطالعه پارامترهاي خروج از مركزيت نسبي خميدگي و زاويه حمله در تئوري بالهها براي ساخت مدلهاي سرريز هيدروفويل استفاده ميشوند با استفاده از معادله سرريز هيدروفويل ابتدا معادلهاي پيوسته براي بدنه بالادست و پاييندست تاج سرريز اوجي ارائه شده و سپس به مدلسازي عددي جريان روي سرريز هيدروفويل منطبق بر يك سرريز اوجي مشخص سرريز طراحي و سرريزهاي هيدروفويل با خميدگيها و طولهاي متفاوت با مقادير متناظر در سرريز طراحي پرداخته ميشود علاوه براين با بهرهگيري از توابع جريان پتانسيل عبوري از روي يك مانع استوانهاي دوار و تابع انتقال ژوكوفسكي تابع پتانسيل مختلط جريان حول سرريز هيدروفويل متقارن و نامتقارن بهدست آمده و سپس روابطي جهت تخمين ضرايب دبي جريان و نيمرخهاي سرعت تاج در سرريزهاي هيدروفويل متقارن توسعه داده ميشود بر اساس نتايج بهدست آمده با افزايش شعاع دايره مرجع عمق آب بالادست نسبت به تاج سرريز افزايش و در نتيجه ضريب دبي جريان كاهش مييابد اما با افزايش خروج از مركزيت نسبي خميدگي شيب بالادست و زاويه حمله تغييرات عمق آب بالادست نسبت به تاج سرريز بسيار اندك و در نتيجه تغييرات ضريب دبي جريان با تغيير اين پارامترها نيز اندك است نتايج نشان داد كه بين شكلهاي مختلف سرريزهاي هيدروفويل در يك دبي ثابت بيشترين احتمال ايجاد فشارهاي منفي بر روي بدنه سرريز و نيز بيشترين تنش برشي و در نتيجه احتمال فرسايش در پاييندست سرريز مربوط به سرريز با زاويه حمله بيشتر است بهرهگيري از سرريزهاي هيدروفويل با انحناي مناسب و داراي زاويه حمله به جاي سرريزهاي تاجدايرهاي ميتواند علاوه بر افزايش حجم آب ذخيره شده در پشت سرريز مشكل وقوع فشارهاي منفي را روي سرريز تاجدايرهاي تا حدود زيادي برطرف نمايد و دامنه نوسانات فشار در پاييندست اين سرريز را بدون ايجاد تغيير در ضريب دبي جريان كاهش دهد مقايسه فشار روي بدنه سرريز هيدروفويل منطبق بر اوجي و سرريز هيدروفويل با خروج از مركزيت نسبي كمتر از خروج از مركزيت نسبي سرريز طراحي نشان داد كه با كاهش خروج از مركزيت نسبي سرريز طراحي تا مقدار بهينه ميتوان محدوده وقوع فشارهاي منفي را در سرريزهاي اوجي با دبي طراحي و حتي براي دبيهاي بيشتر از دبي طراحي بدون تغيير چنداني در مقدار حداقل فشار روي سرريز كاهش داد در نهايت نتايج نشان داد كه براي مقدار مشخصي از نسبت عمق آب بالادست روي تاج سرريز به طول سرريز h1 L ضريب دبي سرريزهاي هيدروفويل براي 1 0 h1 L بيشتر از ضريب دبي سرريزهاي لبهپهن و انواع ديگر سرريزهاي لبهباريك است ضريب دبي در سرريزهاي هيدروفويل نامتقارن تفاوت چنداني با ضريب دبي سرريز تاجدايرهاي ندارد اما ضريب دبي در سرريزهاي هيدروفويل متقارن بيشتر از سرريزهاي تاجدايرهاي است همچنين ضريب دبي سرريزهاي هيدروفويل نامتقارن در بازه 0 0 3 h1 L بهطور ميانگين در حدود درصد بيشتر از سرريزهاي اوجي است علاوه بر اين نتايج نشان داد كه رابطه نيمه تحليلي ارائه شده براي ضريب دبي و توزيع سرعت روي تاج سرريزهاي هيدروفويل متقارن و روابط تجربي ارائه شده براي محاسبه ضريب دبي جريان و آستانه استغراق سرريزهاي هيدروفويل نامتقارن در شرايط جريان آزاد و ضريب كاهش دبي اين سرريزها در حالت جريان مستغرق داراي دقت قابل قبولي در پيشبيني مشخصات هيدروليكي سرريزهاي هيدروفويل هستند كلمات كليدي انتقال ژوكوفسكي تنش برشي بستر توزيع سرعت جريان پتانسيل سرريز هيدروفويل ضريب دبي نيمرخهاي سرعت و فشار أ
چكيده انگليسي :
Hydraulic Characteristics of Flow over the Hydrofoil Weirs under Free and Submerged Flow Conditions Elham Bahman e bahman@cv iut ac ir Date of Submission June 2020 Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 IranDegree Ph D Language FarsiSupervisor Dr A R Kabiri Samani1 akabiri@iut ac irSupervisor Dr M N Moghim2 moghim@iut ac irAbstractThe hydrofoil weirs are a type of short crested weirs that are designed based on airfoil theory This kind ofweirs has some merits compared to the other types such as high discharge coefficient stability andsubmergence limit and low fluctuations of pressure and water free surface profile The hydrofoil weirs withan angle of attack looking like the ogee weirs can be used as dam spillways In the present study models ofhydrofoil weirs with different radius of the reference circle relative eccentricities cambers angles of attack and upstream slope angles are applied to investigate the hydraulic characteristics of free and submerged flowover these weirs experimentally and numerically The discharge coefficient of free and submerged flow andthe weir threshold submergence are determined Numerical simulations are performed using an open source OpenFOAM v 4 0 1 CFD software The interFoam solver is used to achieve the water free surface profilesand the SST k turbulent model applied for turbulence modelling of the flow field In the present study also using the hydrofoil weir equation with an angle of attack a continuous equation is presented for theupper and lower faces of ogee weirs Consequently the profiles of bed pressure along a hydrofoil weirmatched on a specific ogee weir design weir is compared to that of the hydrofoil weirs with differentrelative eccentricities and cambers Furthermore a conformal mapping technique is applied to investigate theflow around a symmetric hydrofoil weir and compared to the flow around a circular cylinder where thepotential and free vortex flows are combined The discharge coefficient and velocity distribution are obtainedusing the Joukowsky transformation and fundamental theories of hydraulics Keywords Discharge coefficient hydrofoil weir Joukowsky transform OpenFOAM software Potential flow Pressure profile Velocity distribution IntroductionThe short or narrow crested weirs are a type of weirs of finite crest length that have some merits including a higher discharge coefficient more stable overflow pattern and easier clearance offloating debris compared to sharp broad and long crested weirs 1 The short crested weirs arecategorized into three different types namely ogee circular crested and hydrofoil weirs 2 Determining the discharge coefficient is one of the primary issues in hydraulic engineering in orderto calculate the capacity of the weirs Defining q as the flow discharge per unit width of a weircrest the general head discharge relationship for a short crested weir under free flow conditions is 3 2h q C g 1 1 3 where g is the gravitational acceleration and C is the discharge coefficient based on h1 h1 is theupstream approach flow depth relative to the weir crest If the downstream total head affects theupstream flow conditions the weir is submerged The degree of submergence S is quantified as Associate Professor Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan Iran Assistant Professor Department of Civil Engineering Isfahan University of Technology Isfahan Iran
استاد راهنما :
عبدالرضا كبيري ساماني، محمد نويد مقيم
استاد داور :
محمود فغفور مغربي، محمود اشرفي زاده، محمد رضا چمني
