بررسی احتمالاتی وقوع کاویتاسیون در سرریز تندآب بر مبنای نتایج مدل عددی Flow-3D

نویسندگان

چکیده

بررسی و کنترل وقوع کاویتاسیون بر سرریز تنداب سدهای بزرگ، غالباً با طراحی و ساخت مدل این سرریزها در شرایط آزمایشگاهی انجام می‌شود. بر این اساس، مدل آزمایشگاهی سرریز سد داریان در مؤسسة تحقیقات آب ایران ساخته شد. در پژوهش حاضر، برای کنترل نتایج آزمایشگاهی و عملکرد هواده در مدل عددی بر مبنای احتمال خرابی، از روش قابلیت اطمینان FORM استفاده شد. بدین‌منظور و برای مقایسة عملکرد هوادهی جریان با رمپ و ترکیب رمپ و داکت هواده، مدل‌سازی با نرم‌‌افزار Flow-?D در ? حالت بدون هواده، هواده به‌صورت رمپ و هواده به‌صورت ترکیب رمپ و داکت هواده انجام شد. نتایج نشان داد احتمال وقوع کاویتاسیون بر سرریز بدون هواده، بیشتر از ?? درصد خواهد بود و استفاده از هواده برای کاهش سرعت جریان و افزایش فشار وارد بر کف تنداب ضروری است. نصب هواده به‌صورت ترکیب رمپ و داکت هواده، احتمال وقوع کاویتاسیون را بسیار کاهش داد و مقدار آن به حدود ? درصد رسید؛ این در حالی است که احتمال خرابی در صورت هوادهی فقط با رمپ به میزان ?? درصد بود؛ بنابراین، باید داکت‌های هواده نصب شود و از این طریق، کاهش احتمال خرابی تحقق یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Probabilistic investigation of cavitation occurrence in chute spillway based on the results of Flow-3D numerical modeling

نویسندگان [English]

  • Amin Hasanalipour Shahrabadi
  • Mehdi Azhdary Moghaddam
چکیده [English]

Probabilistic designation is a powerful tool in hydraulic engineering. The uncertainty caused by random phenomenon in hydraulic design may be important. Uncertainty can be expressed in terms of probability density function, confidence interval, or statistical torques such as standard deviation or coefficient of variation of random parameters. Controlling cavitation occurrence is one of the most important factors in chute spillways designing due to the flow’s high velocity and the negative pressure (Azhdary Moghaddam & Hasanalipour Shahrabadi, ????). By increasing dam’s height, overflow velocity increases on the weir and threats the structure and it may cause structural failure due to cavitation (Chanson, ????). Cavitation occurs when the fluid pressure reaches its vapor pressure. Since high velocity and low pressure can cause cavitation, aeration has been recognized as one of the best ways to deal with cavitation (Pettersson, ????). This study, considering the extracted results from the Flow-?D numerical model of the chute spillway of Darian dam, investigates the probability of cavitation occurrence and examines its reliability. Hydraulic uncertainty in the design of this hydraulic structure can be attributed to the uncertainty of the hydraulic performance analysis. Therefore, knowing about the uncertainty characteristics of hydraulic engineering systems for assessing their reliability seems necessary (Yen et al., ????). Hence, designation and operation of hydraulic engineering systems are always subject to uncertainties and probable failures. The reliability, ps, of a hydraulic engineering system is defined as the probability of safety in which the resistance, R, of the system exceeds the load, L, as follows (Chen, ????):
p_s=P(L?R) (?)
Where P(?) is probability. The failure probability, p_f, is a reliability complement and is expressed as follows:
p_f=P[(L>R)]=?- p_s (?)
Reliability development based on analytical methods of engineering applications has come in many references (Tung & Mays, ???? and Yen & Tung, ????). Therefore, based on reliability, in a control method, the probability of cavitation occurrence in the chute spillway can be investigated. In reliability analysis, the probabilistic calculations must be expressed in terms of a limited conditional function, W(X)=W(X_L ,X_R)as follows:
p_s=P[W(X_L ,X_R)??]= P[W(X)??] (?)
Where X is the vector of basic random variables in load and resistance functions. In the reliability analysis, if W(X)> ?, the system will be secure and in the W(X)

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aerator
  • Probable Failure
  • Reliability Method
  • FORM
  • Flow-?D