فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

برای جلوگیری از فرسایش­ و کاهش انرژی جنبشی در هنگام عبور جریان از روی سرریز یک سد، باید در انتخاب نوع سرریز دقت لازم را بکار برد. یک راه حل ممکن، استفاده از سرریز پلکانی به جای سرریز صاف (بدون پله) است. سرریز پلکانی از جمله سازه­های هیدرولیکی شناخته شده است که به دلیل داشتن سطح ناهموار، تاثیر زیادی بر استهلاک انرژی جریان دارد. در این تحقیق، مدل­های عددی از سرریز پلکانی دارای شیب­ و پله­های مختلف برای بررسی شرایط جریان مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه سازی­ جریان روباز از نرم افزار ANSYS و مدل آشفتگی k-ε استفاده شد. میدان حل جریان تا رسیدن باقیمانده­ها به مقدار 10-7 ادامه یافت. در تحقیق حاضر، برای بررسی دقیق پدیده اختلاط دو فاز آب و هوا و رفتار سطح آزاد جریان، از شبیه­سازی عددی و با کاربرد مدل Volume of Fluid (VOF) استفاده شد. در مقایسه با مدل­های ساده­تر مانند Mixture که صرفاً بر اساس میانگین­گیری از خواص دو فاز عمل می­کند، مدل VOF با تفکیک دقیق فازها و در نظر گرفتن اثرات سطح مشترک، قادر به شبیه­سازی دقیق­تری از پدیده­هایی مانند اختلاط سیال­ها، جریان­های توربولانسی و انتقال حرارت در جریان­های چندفازی است. بخشی از مشخصات هیدرولیکی که در طراحی سرریزهای پلکانی مدنظر قرار گرفت، شامل فشار بر روی سطوح پله­ها، توزیع سرعت بر روی پله­ها و استهلاک انرژی است. نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی با تعدادی از مدل­های آزمایشگاهی مقایسه شد و نتایج حاکی از انطباق قابل قبول مدل عددی با مدل­های فیزیکی بود. نتایج نشان داد که با افزایش دبی جریان و شیب سرریز، استهلاک انرژی جریان کاهش می­یابد. در سرریز 5 پله­ای به ازای دبی 063/0 متر مکعب بر ثانیه، مقدار استهلاک انرژی در شیب 6/26 درجه از 85 درصد به مقدار 82 درصد در شیب 45 درجه رسیده که کاهش 3 درصدی را نشان می­دهد. در یک سرریز با ارتفاع ثابت، با افزایش تعداد پله، مقدار استهلاک انرژی به دلیل کوچک شدن ابعاد پله کاهش می­یابد.