نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

بررسی عددی مشخصات جریان در انواع مختلف هواده‌های سرریز شوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
چکیده
هوادهی سرریز شوت به‌عنوان روشی مؤثر برای کاهش آسیب‌های فرسایشی ناشی از کاویتاسیون، نقش مهمی در حفاظت از سازه‌های شوت ایفا می‌کند. میزان حفاظت ایجاد شده به‌وسیله هوادهی، عمدتاً به طراحی هواده و نحوه توزیع غلظت هوا در جریان وابسته است. در تحقیق حاضر، ویژگی‌های هواده‌های مختلف شوت و عملکرد آنها با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) با استفاده از نرم‌افزار انسیس فلوئنت شبیه‌سازی شده است. مدل‌های مورد استفاده شامل هواده پله، هواده رمپ، ترکیب رمپ و پله و همچنین هواده‌های رمپ کف و دیواره جانبی هستند. برای تحلیل هیدرولیکی جریان، از مدل آشفتگی k-ε RNG و روش سیال چندفازی استفاده گردید. نتایج نشان داد فاصله هواده‌ها در هواده رمپ کف و دیواره جانبی نسبت به هواده‌های رمپ، پله و ترکیب هواده رمپ و پله به دلیل ایجاد ناحیه کاویتی در کف و دیواره جانبی، ایجاد آشفتگی و همچنین اختلاط بیشتر آب و هوا در جریان آب بیشتر است. علاوه براین، ترکیب رمپ کف و دیواره جانبی در مقایسه با سایر روش‌ها، هوادهی مؤثرتری ایجاد کرده و با تشکیل ناحیه کاویتی در هر دو بخش کف و دیواره، موجب بهبود راندمان و یکنواختی غلظت هوا می‌شود. در این حالت، طول ناحیه کاویتی حدود ۵۰ درصد بیشتر از شرایط استفاده از رمپ کف به تنهایی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical investigation of flow characteristics in different types of chute spillway aerators

نویسندگان English

Fatemeh Safiloo
Farzin Salmasi
Hadi Arvanaghi
Akram Abbaspour
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

Chute spillway aeration plays an important role in protecting chute structures as an effective method to reduce erosion damage caused by cavitation. For this purpose, different types of aerators are used to aerate high-velocity flows. The degree of protection provided by aeration mainly depends on the aerator design and the distribution of air concentration in the flow. In the present study, the characteristics of different chute aerators and their performance are simulated using computational fluid dynamics (CFD) with ANSYS Fluent software. The models used include step aerators, ramp aerators, ramp-step combinations, and floor and sidewall ramp aerators. For hydraulic analysis of the flow, the k-ε RNG turbulence model and the multiphase fluid method were used. For validation, the numerical results were compared with experimental data based on the distribution of air concentration downstream of the aerator, and the results were in acceptable agreement. The findings showed that the combination of the bottom ramp and the side wall provides more effective aeration compared to other methods and improves the efficiency and uniformity of air concentration by forming a cavity region in both the bottom and the wall. In this case, the length of the cavity region is about 50% and the cavitation index is about 55% greater than the conditions using the bottom ramp.

کلیدواژه‌ها English

Aerator
Bottom ramp and side wall
Cavitation
Cavity region length
Turbulence model