بررسی احتمال کاویتاسیون و آبشستگی حوضچه آرامش در سرریز سد خاکی سهند با استفاده از نرم افزار Flow-3D

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی خوی، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

سرریزها یکی از سازه­های هیدرولیکی مهم یک سد می­باشند که در زمان سیلاب در جهت حفظ سلامت سد اعمال وظیفه می‌کند. در این تحقیق سرریز اوجی شکل آزاد سد سهند، با نرم­افزار Flow-3D مدلسازی و تاثیر پارامترهای هیدرولیکی موثر در عملکرد این سازه، وقوع کاویتاسیون و آبشستگی حوضچه آرامش مورد بررسی قرار می‌گیرد و با مدل آزمایشگاهی صحت­سنجی می­شود. نتایج نشان می­دهد در سه ناحیه از طول سرریز سرویس سد سهند کاویتاسیون ایجاد می­شود. قسمت تاج سرریز، قسمت تغییر شیب میانه شوت و پرتاب­کننده جامی شکل، قسمت­هایی هستند که دارای مشکل کاویتاسیون می‌باشند. برای قسمت تاج سرریز، باید منحنی لبه آبریز (اوجی) اصلاح شده و قسمت مستعد کاویتاسیون بلندتر شود تا خلا به وجود آمده و امکان کاویتاسیون از بین برود. اگر با این کار نتیجه‌ای حاصل نشد، هوادهی جریان باید انجام شود. در قسمت میانه شوت باید از هوادهی از طریق ایجاد شکاف در کف استفاده کرد. همچنین لبه انتهایی پرتاب­کننده جامی نباید صاف اجرا شده و به صورت منحنی­وار باشد. عمق آبشستگی برای پرتاب­کننده جامی شکل سرریز سد سهند حدود 6/7 متر بدست می‌آید که برای مقابله با آن نیاز به ساماندهی پایین­دست سرریز با استفاده از استخر حفر شده، حفاظت و سنگ­چینی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Khatsuria R., Hydraulics of spillways and energy dissipators 1st edn, 2005.
[2] Falvey H.T., Cavitation in chutes and spillways, US Department of  the Interior, Bureau of Reclamation Denver, CO, USA, 1990.
[3] Hay D., Model-prototype correlation: Hydraulic structures, in, ASCE, 1988.
[4] Cassidy J.J., Fluid mechanics and design of hydraulic structures, Journal of Hydraulic Engineering, 116(8) 961-977, 1990.
[5] Wang  X., Xie T.-Q., Cavitation erosion behavior of hydraulic concrete under high-speed flow, Anti-Corrosion Methods and Materials, 69(1) 81-93, 2022.
[6] Nie M.-X., Cavitation prevention with roughened surface, Journal of Hydraulic engineering, 127(10) 878-880, 2001.
[7] Shabani A., Khozeymehnezhad H., Mohsen Pourreza Bilondi M., Ramezani Y., Experimental Investigation of Roughness Effect on the Cavitation Index in Ogee-Spillway, Journal of Hydraulics, 16(2) 107-121, 2021.
[8] Yusuf F., Micovic Z., Prototype-scale investigation of spillway cavitation damage and numerical modeling of mitigation options, Journal of Hydraulic Engineering, 146(2) 04019057, 2020.
]9[ابراهیم نژادیان ح., مناف پور م., بابازاده و., بررسی عددی اثر همگرایی دیواره‌های سرریز روی مشخصات هیدرولیکی جریان در سرریز سد و احتمال وقوع پدیده ی کاویتاسیون, مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک, 25(5) 109-127،  2018.
[10] Foroudi A., Barati R., Experimental study of cavitation index in an ogee spillway by considering convergence angle of sidewalls, Water Supply, 22(6) 5729-5738, 2022.
]11[احقاقی م., عصری زمانی خ., تحلیل سیالاتی پدیده کاویتاسیون پمپ OH1 150-500  و طراحی عددی پیشران و بررسی نتایج تست تجربی, مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز, 51(4) 41-49، 2022.
[12] Chanson H., Aeration and deaeration at bottom aeration devices on spillways, Canadian Journal of Civil Engineering, 21(3) 404-409, 1994.
[13] Puri D., Sihag P., Thakur M., A review: Aeration efficiency of hydraulic structures in diffusing DO in water, MethodsX,  102092, 2023.
[14] Xu W., Luo S., Zheng Q., Luo J., Experimental study on pressure and aeration characteristics in stepped chute flows, Science China Technological Sciences, 58(4) 720-726, 2015.
[15] Aydin M.C., Ulu A.E., Aeration performance of high-head siphon-shaft spillways by CFD models, Applied Water Science, 11(10) 1-12, 2021.
[16] Salmasi F., Abraham J., Hydraulic characteristics of flow over stepped and chute spillways (case study: Zirdan Dam), Water Supply, 23(2) 851-866, 2023.
[17] Fadaei-Kermani E., Barani G., Ghaeini-Hessaroeyeh M., Numerical Detection of Cavitation Damage on Dam Spillway, Civil Engineering Journal, 2(9) 484-490, 2016.
[18] Ghazi B., Daneshfaraz R., Jeihouni E., Numerical investigation of hydraulic characteristics and prediction of cavitation number in Shahid Madani Dam's Spillway, Journal of Groundwater Science and Engineering, 7(4) 323-332, 2019.
[19] Noury Hasanabady H., Kavianpour M., Khosrojerdi A., Babazadeh H., Numerical Study of the Rough Bed Impact on Energy Dissipation and Cavitation on Chute Spillways, JWSS-Isfahan University of Technology, 26(3) 177-191, 2022.
[20] Vatandoust H., Yarmohammadi H., Aliyari T., Investigation of Hydraulic conditions and shape of flip bucket spillways on Cavitation phenomenon by considering dynamic pressures, Journal of Energy Resources Technology, 145(4) 043102, 2023.
[21] Wan W., Liu B., Raza A., Numerical prediction and risk analysis of hydraulic cavitation damage in a High-Speed-Flow spillway, Shock and Vibration, 2018.
]22[اسدیان ا., امامزاده س.ش., پهنه‌بندی خطر کاویتاسیون در تنداب سرریز سد سورک با الگوریتم طبقه‌بندی نزدیک‌ترین همسایه, تحقیقات آب و خاک ایران, 53(10) 2445-2462، 2022.
[23] Zaffar M.W., Hassan I., Hydraulic investigation of stilling basins of the barrage before and after remodelling using FLOW-3D, Water Supply, 23(2) 796-820, 2023.
[24] Aydogdu M., Gul E., Dursun O.F., Experimentally verified numerical investigation of the sill hydraulics for abruptly expanding stilling basin, Arabian Journal for Science and Engineering, 48(4) 4563-4581, 2023.
[25] FLOW-3D® Version 10.0 User's Manual FLOW-3D [Computer software]. Santa Fe, NM: Flow Science, Inc. https://www.flow3d.com.,  2008.
[26] Gorman J., Bhattacharyya S., Cheng L., Abraham J., Turbulence models commonly used in CFD, in:  Computational Fluid Dynamics, IntechOpen, 2021.
]27[ وبسایت سد سهند هشترود, شرکت آب منطقه ای آذربایجان شرقی, (http://www.azarwater.ir/SC.php?type=static&id=55).
]28[ مجموعه نقشه های طراحی و اجرایی سد سهند هشترود, سازه­های هیدرولیکی, مهندسین مشاور بند آب، شرکت آب منطقه ای آذربایجان شرقی و اردبیل، 1375.
]29[ گزارش نهایی مدل هیدرولیکی سرریز سد سهند, مرکز تحقیقات آب وابسته به وزارت نیرو بخش سازه های هیدرولیکی, سازمان آب منطقه­ای آذربایجان شرقی و اردبیل، 1383.
[30] Gerhart P.M., Gerhart A.L., Hochstein J.I., Munson, Young and Okiishi's, Fundamentals of Fluid Mechanics, John Wiley & Sons, 2016.
]31[منصوری ر., معافث ف., بهشتی راد م., کاربخش ع., بررسی خصوصیات هیدرولیکی در پرتابه جامی شکل با استفاده از مدل عددی, نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران, 10(2) 12-11، 2019.
[32] US Bearou of Reclamation, Design of small dams, Water Resources Technical Publication, 860p, 1987.
[33] Mason P.J., Effects of air entrainment on plunge pool scour, Journal of Hydraulic Engineering, 115(3) 385-399, 1989.
[34] Salmasi F., Abraham J., Multivariate Nonlinear Regression for Predicting Free Falling-Jet Scouring: An Experimental Study, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 46(5) 3859-3870, 2022.
[35] Taheri Aghdam A., Hosseinzadeh Dalir A., Salmasi F. Abbaspour, A., Abraham  J., Numerical and Experimental Study of Trajectory for Free-Falling Jets, Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 1-13, 2023.