ارزیابی آزمایشگاهی روند ایجاد آشفتگی جریان در دریچه کنترل تخلیه‌کننده تحتانی سد بر پایه نظریه کولموگروف

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران. دانشگاه قم. قم. ایران

2 گروه مهندسی عمران . دانشگاه قم. قم. ایران

3 گروه مهندسی عمران. دانشگاه قم. قم .ایران.

4 گروه مهندسی مکانیک. سازمان پژوهشهای علمی و صنعتی ایران. تهران. ایران.

چکیده

در این پژوهش، بارگذاری نوسانی دریچه کنترل در مدل آزمایشگاهی تخلیه‌کننده تحتانی سد مورد ارزیابی قرار گرفته‌است. با استفاده از تکنیک پردازش تصاویر جریان زیر دریچه کنترل، و سری‌های زمانی نوسانات میدان‌های سرعت و فشار استاتیکی، تولید، انتقال و استهلاک ادی‌های جریان آشفته بر پایه نظریه کولموگروف، بررسی شده‌اند. نتایج تحقیق نشان می‌دهند که علل آشفتگی جریان بدین شرح می‌باشند: 1- در گشودگی 10% دریچه کنترل، ادی‌های بزرگ خطوط جریان میانی و نیمه پایینی مجرای بالادست دریچه. 2- در گشودگی 30% دریچه کنترل، ادی‌های بزرگ خطوط جریان نیمه پایینی مجرای بالادست دریچه. 3- در گشودگی‌های 50% و 70% دریچه کنترل، ادی‌های بزرگ خطوط جریان نیمه بالایی مجرای بالادست دریچه. می‌توان گفت در گشودگی‌های کمتر دریچه کنترل، خطوط میانی و نیمه پایینی جریان مجرای بالادست، و در گشودگی‌های بیشتر، خطوط نیمه بالایی جریان مجرای بالادست، بیشترین نقش را در تولید ادی‌ها کولموگروف و ایجاد آشفتگی ایفا می‌کنند. این ادی‌های بزرگ با ابعادی در حدود 7.5 تا 25 میلیمتر، فرکانسی در محدوده 0.1 تا 2 هرتز دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental evaluation of flow turbulence in bottom outlet control gate of dams based on Kolmogorov theory

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Mirabi 1
  • Ehsan Jabbari 2
  • Taher Rajaee 3
  • Keivan Seyedi Niaki 4
1 Civil Engineering Department. Qom University. Qom. Iran.
2 Civil Engineering Department. Qom University. Qom. Iran.
3 Civil Engineering Department. Qom University. Qom. Iran.
4 Mechanical Engineering Department. IROST. Tehran. Iran.
چکیده [English]

In this study the fluctuating loads of the control gate in the experimental model of the bottom outlet of a dam was evaluated. The production, transportation, and dissipation of turbulent flow eddies based on Kolmogorov theory were investigated by image processing of the flow under the control gate and time series of velocity and static pressure fluctuations. According to the results: 1- the flow turbulence at 10% opening of the control gate can be related to large eddies of middle and lower half streamlines of the upstream conduit. 2- The flow turbulence at 30% opening of the control gate can be related to large eddies of lower half streamlines of the upstream conduit. 3- The flow turned turbulent at 50% and 70% opening of the control gate can be related to large eddies of upper half streamlines of the upstream conduit. It can be concluded that the middle and lower streamlines of the upstream conduit play a major role in eddies production and flow turbulence at smaller openings of the control gate. In contrast, the upper streamlines of the upstream conduit play a major role in eddies production and flow turbulence at larger openings of the control gate. Large eddies are produced by shear layers created by velocity gradient at the fixed frame slots of gate. The large eddies are transported by fixed frame slots toward the sluice gate create strong secondary flows. After the collision of strong secondary flows with the main flow, the resulting turbulence leads to fluctuating static pressures. These fluctuations lead to the fluctuating loads on the sluice gate. Wavelet analysis of the time series provides the magnitude and frequency of pressure waves. Then, wavelet analysis and imaging of the gate flow reveal the causes of the turbulent flow formation process.The size and frequency of these large eddies range from 7.5 mm to 25 mm and 0.1 Hz to 2 Hz, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam Bottom Outlet
  • turbulent flow
  • Eddy
  • Kolmogorov
  • Experimental model