Optimizing Roughness Parameters for Enhanced Hydraulic Jump Control in Ogee Spillway Stilling Basins

سال انتشار: 1404
نوع سند: مقاله ژورنالی
زبان: انگلیسی
مشاهده: 21

فایل این مقاله در 36 صفحه با فرمت PDF قابل دریافت می باشد

استخراج به نرم افزارهای پژوهشی:

لینک ثابت به این مقاله:

شناسه ملی سند علمی:

JR_JHWE-3-1_010

تاریخ نمایه سازی: 17 مهر 1405

چکیده مقاله:

This research investigates how surface roughness—characterized by the height and spacing of roughness elements—affects hydraulic jump behavior within the stilling basin downstream of an Ogee weir. Using Fluent numerical simulations, the study examines flow structures and geometric configurations around the weir, with the computational findings validated against experimental measurements obtained from a physical model constructed at the Islamic Azad University of Yasuj. The results demonstrate that the introduction of bed roughness markedly alters the characteristics of the hydraulic jump. Increasing the height of roughness elements consistently decreases the jump length and lowers the ratio of secondary to primary flow depth, a response attributed to the modified turbulence structure and enhanced energy loss induced by the roughened surface.More specifically, the optimal arrangement—roughness elements ۲ cm in height with a ۲ cm spacing—was shown to shorten the hydraulic jump length by up to ۴۰% and improve energy dissipation by approximately ۳۵% in comparison with a smooth bed. The numerical simulations exhibited excellent consistency with laboratory observations, yielding a maximum deviation of only ۰.۰۲% in predicted water surface profiles. These quantitative outcomes confirm the strong reliability of the modeling approach and offer engineers a clear basis for designing more compact and efficient stilling basins. Strategically incorporating roughness of suitable dimensions, particularly in MVSP channels, enables the development of cost-effective structures that maintain—or even enhance—hydraulic performance. Overall, the study significantly advances understanding of how surface roughness influences hydraulic jump dynamics and provides practical design guidance for optimizing energy dissipation in modern hydraulic systems.

نویسندگان

Amir Roshan

Department of Agricultural Systems Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

Roozbeh Aghamajidi

Department of Civil Engineering, Sep. C., Islamic Azad University, Sepidan, Iran.

مراجع و منابع این مقاله:

لیست زیر مراجع و منابع استفاده شده در این مقاله را نمایش می دهد. این مراجع به صورت کاملا ماشینی و بر اساس هوش مصنوعی استخراج شده اند و لذا ممکن است دارای اشکالاتی باشند که به مرور زمان دقت استخراج این محتوا افزایش می یابد. مراجعی که مقالات مربوط به آنها در سیویلیکا نمایه شده و پیدا شده اند، به خود مقاله لینک شده اند :
  • Agrawal, A., & Padhi, E. (۲۰۲۴). Influence of bed roughness ...
  • Azamathulla, H.M., Ahmad, Z., & Ab Ghani, A. (۲۰۱۲). Validation ...
  • Beltaos, S. (۲۰۰۲a). Effects of bed roughness on hydraulic jump ...
  • Beltaos, S. (۲۰۰۲b). Shear stress in hydraulic jump. Journal of ...
  • Benedict, A. (۲۰۱۵). Energy dissipation in hydraulic systems. Journal of ...
  • Carollo, F.G., Ferro, V., & Pampalone, V. (۲۰۰۷). Hydraulic jumps ...
  • Chanson, H. (۲۰۰۹). Turbulence generation in rough open channels. Environmental ...
  • Chanson, H. (۲۰۱۵). Hydraulic design of spillways. Journal of Hydraulic ...
  • Daneshfaraz, R., Sadeghfam, S., & Ghaderi, A. (۲۰۲۰). Effect of ...
  • Date, V., Sharma, R., & Jagtap, D. (۲۰۱۷). Computational fluid ...
  • Dey, S., Sarkar, S., & Bose, S.K. (۲۰۱۸). Characteristics of ...
  • Esmaeili Varaki, M., & Razavizadeh, M. (۲۰۱۳). Analysis of hydraulic ...
  • Ferrari, A. (۲۰۱۰). Simulation of free surface flow over sharp ...
  • Foroudi, F., Ghaderi, A., & Naghavi, M. (۲۰۱۳a). Estimation of ...
  • Foroudi, F., Ghaderi, A., & Naghavi, M. (۲۰۱۳b). A comparative ...
  • Hager, W.H. (۱۹۹۲). Energy dissipators and hydraulic jump. Springer Science ...
  • Haktanir, T., & Citakoglu, N. (۲۰۱۶). Development of an optimal ...
  • Kumar, A., Tiwari, A.N., & Yadav, P. (۲۰۱۲). Flow characteristics ...
  • Lee, J., & You, D. (۲۰۲۰). Machine learning applications in ...
  • Morales, V.H., Rodríguez, D.A., & Zamora, D.C. (۲۰۱۲). Numerical analysis ...
  • Muzammil, M., & Kumar, V. (۲۰۱۶). Energy dissipation in hydraulic ...
  • Pagliara, S., & Palermo, M. (۲۰۱۵). Hydraulic jumps on rough ...
  • Pandey, L., Kumar, A., & Singh, R. (۲۰۲۳). Impact of ...
  • Rajaratnam, N. (۱۹۶۷). Hydraulic jumps. Annual Review of Fluid Mechanics, ...
  • Swamee, P.K., Shekhar, C.H., & Talib, M. (۲۰۱۱). Discharge characteristics ...
  • Tullis, B.P., & Neilson, J. (۲۰۰۸). Performance of submerged ogee ...
  • Wu, S., & Rajaratnam, N. (۱۹۹۶). Impinging jet and hydraulic ...
  • نمایش کامل مراجع