بررسی عددی تاثیر هندسه لبه پله بر رفتار هیدرودینامیکی جریان در سرریزهای پلکانی با استفاده از FLOW-۳D

هدف: هدف این پژوهش، بررسی عددی تاثیر سه هندسه مختلف لبه پله ساده، مدور و مشبک بر رفتار هیدرودینامیکی جریان و میزان استهلاک انرژی در یک سرریز پلکانی با ده پله است. به علاوه برای ارزیابی استهلاک انرژی، پروفیل های سرعت و نوسانات فشار مرتبط با هر طراحی لبه انجام شده است تا هندسه بهینه برای پایداری جریان شناسایی شود.مواد و روش ها: از شبیه سازی عددی سه بعدی در نرم افزار FLOW-۳D با استفاده از روش حجم سیال (VOF) و مدل آشفتگی (RNG) k-ε بهره گرفته شد. شبیه سازی ها برای دبی ۰۹/۰ مترمکعب بر ثانیه انجام و نتایج با داده های آزمایشگاهی اعتبارسنجی گردید که میانگین خطای مطلق (MAPE) بین ۵ تا ۸ درصد را نشان داد.نتایج: سرریز لبه دار مشبک با کاهش ۱۵ تا ۲۰ درصدی سرعت جریان نسبت به لبه ساده، بیشترین استهلاک انرژی را ایجاد می کند. با وجود اینکه میزان فشار مثبت در وجه افقی پله های لبه دار مشبک نسبت به سرریز پلکانی لبه دار ساده ۴/۱۶ درصد افزایش یافته است ولی سرریزهای دارای لبه ساده و مدور رفتار پایدارتری در برابر فشارهای منفی در وجه قائم پله ها از خود نشان می دهند و برای شرایطی که پایداری جریان و جلوگیری از خستگی سازه یا خطر پدیده کاویتاسیون در اولویت است، گزینه های ایمن تری محسوب می شوند.نتیجه گیری: گرچه سرریز لبه مشبک بالاترین نرخ استهلاک انرژی را دارد، به دلیل ایجاد نوسانات شدید که ریسک کاویتاسیون و خستگی سازه را افزایش می دهد گزینه مطلوبی نیست. سرریز پلکانی لبه ساده به دلیل عملکرد هیدرودینامیکی مناسب، پایداری جریان، سادگی ساخت و هزینه کمتر به عنوان گزینه عملی بهینه پیشنهاد می شود.

کلیدواژه ها:

سرریز پلکانی ، Flow-۳D ، مدل RNG ، استهلاک انرژی ، هندسه لبه پله