بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق نشان میدهد که برای بررسی رفتار جریان آب بر روی سرریز اوجی، روشهای عددی به طور مؤثری، تخلیه فشارها و سرعت را بر روی مجرای آبریز محاسبه میکنند. برای انتخاب بهترین طرح برای بسیاری از سدها باید با صرفه ترین و دقیقترین روش را برای بررسی چگونی رفتار جریان بر روی سرریز در صورت وقوع سیل را در نظر گرفت. تا مدتی قبل استفاده از مدل فیزیکی تنها روش بررسی بوده ولی هم اکنون استفاده از روش - CFD - که اساس کار آن را روشهای عددی تشکیل میدهند رواج گستردهای پیدا کرده است که هزینه و زمان بررسی کردن را پایین آورده است. لذا دراین پژوهش نحوه رفتار جریان برروی تاج سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از نرم افزار fluent مورد بررسی قرارگرفته است.
از آنجائیکه برای مهار آبهای سطحی و سیلاب ها از سدهای انحرافی با سرریز اوجی استفاده می گرد لذا ضروریت انجام این تحقیق در راستای علل فرسایش و کاویتاسیون برروی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار مشخص گردیده و هدف این تحقیق آن است که با توجه به دقت نتایج بدست آمده براساس مدل عددی - - CFD برروی سرریز اوجی و با استفاده از نرم افزار Fluent بتوان با اطمینان خاطر بیشتری ازمدلهای - CFD - استفاده کرد.
روش انجام کار بدین گونه می باشد که ابتدا بایستی مدل تاج سرریز توسط یک نرم افزار پیش پردازنده مدلسازی گردد نرم افزاری پیش پردازنده Fluent نرم افزار gambit می باشد که از قابلیت های خوبی برای شبکه بندی و معرفی شرایط مرزی مدل برخوردار است. در نهایت طبق نتایج حاصل از تحقیقات به عمل آمده بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار برای سه هد انجام شده، درحالت Hd/H=0/5 بر روی تاج سرریز فشارمنفی تشکیل نمیگردد و برای Hd/H=1 و Hd/H=1/33 فشار منفی تشکیل میگردد.
.1 مقدمه
درمسائل مهندسی امروزی شناخت رفتار یا عکس العمل یک پدیده نقش بسزائی دربررسی نتایج بدست آمده و طراحی دقیق مسائل مهندسی دارد، بطوریکه یک پژوهشگر یا محقق با شناخت چگونگی رفتار یک پدیده دربرخورد با مسائل مختلف می تواند وضعیت فیزیکی پدیده را درقبال مسائل مختلف مهندسی بهبود بخشد. لذا شناخت پدیده و عکس العمل آن نسبت به مسائل مختلف در امور مهندسی امروزی مانند هوا و فضا، هیدرولیک، سیالات و ... از اهمیت قابل توجهی برخودار است.
نتایج مدلهای فیزیکی درصورتیکه شرایط مدل به خوبی ایجاد گردد قابل قبول میباشد. اما یکی از مشکلات مدلهای فیزیکی درپروژه های مهندسی مدت زمانی است که طول می کشد تا نتایج مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد به طوریکه ممکن است ماهها و یا دربرخی از موضوعات هیدرولیکی مانند بررسی میزان کاویتاسیون سالها طول بکشد ویا اینکه یک محقق برای بررسی مدل فیزیکی گزینه های مختلف با محدودیت زمانی مواجه باشد. ساخت مدل فیزیکی و تجزیه و تحلیل نتایج آن هزینه قابل توجهی را درپی دارد لذا دربحث هزینه وزمان ممکن است که یک محقق امکان استفاده از مدلهای مختلف فیزیکی را برای بررسی دقیق تر نتایج نداشته باشد.
دربرخی از پدیده ها و موضوعات مهندسی امکان استفاده از مدل فیزیکی نمی باشد به عنوان مثال مدلسازی محیطی با درجه حرارت 0000 درجه به بالا ممکن است بسیار سخت و یا امکان پذیر نباشد. لذا استفاده از حل عددی مسائل کمک شایانی را به یک محقق می نماید تا به بررسی موضوع بپردازد. به طوریکه می توان با کمترین هزینه ودرکمترین زمان گزینه های مختلفی را بررسی کرد. همانطور که اشاره شد شناخت نحوه رفتار جریان برروی سرریزسازه های آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. معمولاً درطراحی سدهای انحرافی ازسرریز نوع اوجی استفاده می شود .
بررسی رفتار جریان برروی تاج سرریز برای دبی های بیشتر از دبی طراحی از اهمیت بسزایی درطراحی تاج سرریز برخودار است به طوریکه اگر فشار ایجاد شده برروی تاج سرریزهای اوجی کمتر از فشار اتمسفر گردد، فشار منفی برروی سرریز که برای دبی های بیشتر از دبی طراحی اتفاق می افتد باعث پدیده کاویتاسیون می گردد بطوریکه این پدیده خسارات جبران ناپذیری را برای بسیاری از سازه های آبی به بار آورده است.
.2 منطقه مورد مطالعه
شهر گرمسار در نقشه جغرافیایی کشوری در استان سمنان واقع شده است و سد انحرافی گرمسار نیز در محدوده شمالی شهر گرمسار و در حوزه هیدرولوژیکی رودخانه سیاه رود - حبله رود - احداث شده است. محدوده جغرافیایی سدانحرافی گرمسار در نقشه ایران ارائه شده است.رودخانه حبله رود 10 سر شاخه دارد که جز دو سرشاخه آن آب بقیه سرشاخهها شور میباشد.
البته به عقیده برخی از متخصصان وجود تپههای نمکی در بالادست سد باعث شور شدن سر شاخههای این رودخانه شده است به همین دلیل عدهای از متخصصان خارجی قصد داشتند با تزریق آب زیرزمینی به تپههای نمکی که بالاتر از محل سد میباشد وضعیت آبهای شور را بهبود بخشند ولی مشاهده شد که این عمل نتیجه عکس دارد، سپس در پایین دست این تپه های نمکی عمل تزریق آب زیر زمینی را انجام دادند که تقریباًمقداری بهبود در وضعیت آب شور مشاهده شد. مشخصات عمومی سدانحرافی گرمسار به شرح زیر میباشد.
جدول : 1 مشخصات جغرافیای و عمومی سد انحراف گرمسار
شکل : 1 سد گرمسار
.3 شکلگیری سرریز از نوع پیوند - Ogee -
معمولیترین و شاید در عین حال ارزانترین سرریز، که بتواند مقدار زیادی از آب را از روی خود عبور دهد، سرریز از نوع پیوند است - شکل . - 2 چنانچه در یک مقطع مستطیلی جلو آب توسط سرریز لبه نازک به صورت - شکل - 2 گرفته شود، توده جریان شکلی را به وجود میآورد که به شکل منحنی از نوع پیوند است .
بسیاری از محققین سعی کردهاند که برای محور توده جریان - شکل - 2 معادلهای براساس مسیر حرکت ذره آب به دست آورند. از آن جمله رابطه زیر توسط Blaisdell ارائه شده است.
در این رابطه، He کل بار مؤثر آب روی تاج سرریز یا به عبارت دیگر بار استاتیکی آب روی تاج سرریز - H - باضافه ارتفاع نظیر سرعتHa میباشد.
چنانچه سرریز بتنی درست همانند منحنی زیرین توده جریان ساخته شود، سرریز ایدهآل به دست خواهد آمد و فشار روی تاج سرریز معادل فشار اتمسفر است. در چنین حالتی چنانچه بار استاتیکی آب روی تاج سرریز - H - افزایش یابد، فشار روی تاج سرریز، در اثر کنده شدن توده جریان، منفی شده و امکان لرزش در سازه و خوردگی را به وجود خواهد آورد.
برعکس چنانچه بار استاتیکی آب روی تاج سرریز کاهش یابد، توده جریان روی بدنه سرریز خوابیده و مقداری اصطکاک اضافی به وجود میآورد که درنتیجه افت انرژی افزایش مییابد. باتوجه به اینکه H برای دبی طرح درنظر گرفته میشود، حالت دوم بیشتر اتفاق میافتد. در شکل 3 منحنیهای مربوط به اثر ارتفاع سرریز و ارتفاع آب در سراب بر ضریب C دیده میشوند. باید توجه داشت که چنانچه ، دبی جریان برابر با دبی طرح، بدنه سرریز در سراب قائم و سرریز از نوع WES باشد و همچنین در صورتی که هیچ گونه از پایههای پل روی سرریز نباشد و اثر پایاب بر سراب نیز صفر باشد.
