بررسی عددی پدیده کاویتاسیون در سرریز سد آغ چای به روش VOF و نرم‌افزار Flow-3D

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

به کمک مدل­های ریاضی می­توان شرایط هیدرولیکی پیچیده و خصوصاً وجود جریان­های دوفازی در تندآب سرریزها را به صورت سه بعدی با دقت قابل قبولی شبیه­سازی کرد و با برقراری جریان­های عبوری مختلف احتمال بروز خلاء زایی در این سازه­ها را بررسی نمود. در تحقیق حاضر امکان ظهور پدیده کاویتاسیون و علاج بخشی روی سرریز سرویس سد آغ­چای با استفاده از روش‌های عددی در نرم‌افزار Flow-3D در دو دبی 4400 و 1065 متر مکعب برثانیه که توسط مشاور طرح ارائه شده است، مورد ارزیابی قرار می­گیرد و سطح آزاد جریان در این مدل به روش حجم سیال (VOF) محاسبه می­گردد. نتایج شبیه­سازی جریان در دبی 4400 مترمکعب بر ثانیه نشان می­دهد که در قسمت اوجی و تغییر زاویه کانال تندآب رخداد پدیده کاویتاسیون بسیار محتمل است و باید با استفاده از تدابیری از وقوع آن جلوگیری کرد. ولی در دبی­های کمتر از جمله 1065 متر مکعب برثانیه بخاطر سرعت کمتر و عدم جدایش جریان از بستر احتمال وقوع خلازایی کم بوده و چندان قابل توجه نیست. نتایج بدست آمده در مقایسه با نتایج مشاور طرح از تطابق خوبی برخوردار می­باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Falvey H.T., Cavitation in chutes and spillways, US Department of the Interior, Bureau of Reclamation Denver, CO, USA, 1990.
[2] Khatsuria R., Hydraulics of spillways and energy dissipators 1st edn,  2005.
[3] Hay D., Model-prototype correlation: Hydraulic structures, in, ASCE, 1988.
[4] Momber A.W., Short-time cavitation erosion of concrete, Wear, 241(1), 47-52, 2000.
[5] Nie M.-X., Cavitation prevention with roughened surface, Journal of Hydraulic engineering, 127(10), 878-880, 2001.
[6] Shabani A., H. Khozeymehnezhad, M. Mohsen Pourreza Bilondi, Y. Ramezani, Experimental Investigation of Roughness Effect on the Cavitation Index in Ogee-Spillway, Journal of Hydraulics, 16(2), 107-121, 2021.
[7] Frizell K.W., Renna F.M., Matos J., Cavitation potential of flow on stepped spillways, Journal of Hydraulic Engineering, 139(6), 630-636, 2013.
[8] Matos J., Novakoski C.K., Ferla R., Marques M.G., Dai Prá M., Canellas A.V.B., Teixeira E.D., Extreme Pressures and Risk of Cavitation in Steeply Sloping Stepped Spillways of Large Dams, Water, 14(3), 306, 2022.
[9] 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.
[10] Chanson H., Aeration and deaeration at bottom aeration devices on spillways, Canadian Journal of Civil Engineering, 21(3), 404-409, 1994.
[11] Dong Z.-y., Su P.-l., Cavitation control by aeration and its compressible characteristics, Journal of Hydrodynamics, 18(4), 499-504, 2006.
[12] Dong Z.-y., Liu Z.-p., Wu Y.-h., Zhang D., An experimental investigation of pressure and cavitation characteristics of high velocity flow over a cylindrical protrusion in the presence and absence of aeration, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 20(1), 60-66, 2008.
[13] Felder S., Chanson H., Effects of step pool porosity upon flow aeration and energy dissipation on pooled stepped spillways, Journal of Hydraulic Engineering, 140(4), 04014002, 2014.
[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] Terrier S., Pfister M., Schleiss A.J., Performance and design of a stepped spillway aerator, Water, 14(2), 153, 2022.
[16] 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.
[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] Deng C., Du J., Numerical Simulation of Hydraulic Characteristics of Spillway Tunnel with Gradually Expanding Outlet and Lower outlet height, in:  Journal of Physics: Conference Series, IOP Publishing, pp. 012031, 2022.
[20] Echávez G., Risk Analysis of Cavitation in Hydraulic Structures, World Journal of Engineering and Technology, 9(3), 614-623, 2021.
[21] FLOW-3D® Version 10.0 User's Manual FLOW-3D [Computer software]. Santa Fe, NM: Flow Science, Inc. https://www.flow3d.com.,  2008.
[22] Mahab Ghods Consulting engineers, Design apperance of Aghchay dam, Technical archive of Regional water company of West Azerbaijan,  2002 (In Persian).
[23] Mahab Ghods Consulting engineers, Aghchay Technical Report of Hydraulic Structures,  2000 (In Persian).
[24] U.B.O. Reclamation, Design of small dams, Water Resources Technical Publication, 860p,  1987.