بررسی فشار و سرعت درناحیه پله ای سرریز پلکانی با کمک نرم افزار فلوئنت

با گسترش پروژه های سدسازی در دهه های اخیر، طراحی سامانه های تخلیه سیلاب به ویژه در سدهای مرتفع، به یکی از ارکان اساسی ایمنی و بهره برداری پایدار از مخازن تبدیل شده است. سرریز سد باید به نحوی طراحی شود که ضمن برخورداری از هزینه های اجرایی قابل قبول، امکان عبور ایمن جریان های سیلابی با دبی های بالا را فراهم آورده و از بروز تنش ها و آسیب های مخرب در بدنه سد و سازه های پایین دست جلوگیری نماید. در این راستا، سرریزهای پلکانی به عنوان یکی از انواع نوین و کارآمد سرریزها مطرح شده اند که به دلیل توان بالای آن ها در کاهش انرژی جریان، و ایجاد شرایط هوادهی طبیعی در جریان عبوری، گزینه ای مناسب و اقتصادی برای سدها محسوب می شوند. این مزایا موجب شده است که در سال های اخیر، مطالعات و تحقیقات گسترده ای در زمینه کاربرد و عملکرد هیدرولیکی این نوع سرریزها صورت گیرد. ماهیت پیچیده جریان آب بر روی سرریزهای پلکانی و وجود الگوها و رژیم های متنوع جریان، تحلیل رفتار هیدرولیکی آن ها را با چالش های قابل توجهی همراه ساخته است. به همین دلیل، انجام پژوهش های تکمیلی با هدف درک عمیق تر مکانیزم های حاکم بر جریان و بهبود معیارهای طراحی این سازه ها امری ضروری تلقی می شود. در این پژوهش، سرریز پلکانی سد بتنی ژاوه، واقع در فاصله تقریبی ۳۵ کیلومتری جنوب شهر سنندج، به عنوان نمونه موردی انتخاب گردیده و به منظور بررسی ویژگی های جریان عبوری، شبیه سازی عددی دوبعدی با استفاده از نرم افزار FLUENT در چارچوب دینامیک سیالات محاسباتی انجام شده است. نتایج تحقیق نشان داد که توزیع فشار در امتداد کف پله تحت تاثیر ساختار جریان های گردابه ای شکل گرفته در ناحیه پله ها، ابتدا با مقادیر مثبت آغاز شده و سپس روند کاهشی را تجربه می کند. در ادامه، فشار مجددا افزایش یافته و به یک مقدار بیشینه می رسد؛ اما با نزدیک شدن به لبه پله و به دنبال جدایش جت جریان، مقدار فشار بار دیگر کاهش می یابد. بیشینه فشار برای دبی های مختلف تقریبا در حدود ۰٫۹۲ طول نسبی کف پله رخ می دهد که این ناحیه متناظر با محل برخورد جت عبوری از پله بالادست به کف پله می باشد. در مقابل، کمینه فشار در بازه X/L برابر با ۰٫۳ تا ۰٫۳۵ مشاهده شده است.

کلیدواژه ها:

سرریز پلکانی ، میدان فشار ، میدان سرعت ، فلوئنت ، الگوی جریان