بررسی استهلاک انرژی و خصوصیات هیدرولیکی جریان بر روی سرریزهای پلکانی ساده و شیبدار با استفاده از مدل فلوئنت

سرریزهای پلکانی از جمله سازه های هیدرولیکی هستند که به دلیل اتلاف زیاد انرژی جریان، نقش مهمی در کاهش ابعاد حوضچه آرامش پایین دست سدها و در نتیجه طراحی اقتصادی آن ها دارند. مطالعه و بررسی خصوصیات هیدرولیکی جریان روی این سرریزها مورد توجه طراحان سد در دهه های اخیر بوده است. استفاده از مدل های فیزیکی و بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان بر روی سرریزهای پلکانی مستلزم صرف زمان و هزینه زیاد می باشد و مدل های ریاضی می توانند کمک شایانی به شناخت الگوی جریان بر روی این سازه ها کنند. در این پژوهش ابتدا نتایج خروجی مدل فلوئنت برای شبیه سازی تراز سطح آب، پروفیل سرعت و فشار بر روی سرریز پلکانی با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. حداکثر خطای مطلق در محاسبه تراز سطح آب سه میلی متر و ریشه دوم میانگین مربعات خطا در شبیه سازی پروفیل سرعت و فشار به ترتیب 15/0 و 72/0 می باشد. پس از صحت سنجی مدل به بررسی تاثیر دبی و شیب پله ها بر خصوصیات هیدرولیکی جریان پرداخته شد. نتایج تحقیق نشان می دهند، حداکثر فشار که بر روی قسمت افقی پله ها اتفاق می افتد با افزایش دبی عبوری از سرریز پلکانی افزایش، اما حداقل فشار که در بخش عمودی پله ها رخ می دهد مقداری کاهش می یابد. بنابراین احتمال کاویتاسیون در دبی های زیاد و در قسمت عمودی پله ها بیشتر است. براساس نتایج این پژوهش، میزان استهلاک انرژی در جریان غیر ریزشی با افزایش شیب کف پله ها بدلیل افزایش تلاطم و بزرگ شدن گردابه ها افزایش می یابد اما ازدیاد شیب پله ها تاثیر چندانی بر الگوی توزیع فشار انرژی ندارد. با استفاده از داده های آزمایشگاهی و نتایج خروجی از مدل فلوئنت برای محاسبه استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی شیبدار رابطه ای ارائه شد که متوسط خطای آن حدود 1/3 درصد می باشد.