پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

تأثیر تعداد متفاوت تیغه‌های جداکننده جریان بر اتلاف انرژی در سرریز کلیدپیانویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران.
2 گروه مهندسی عمران، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران
چکیده
سرریزهای کلیدپیانویی جزو سرریزهای غیر خطی و تکامل‌یافته‌ی سرریزهای منقاری هستند. با توجه به راندمان بالا در این سرریزها، بررسی اتلاف انرژی جریان و ارائه راهکارهای بهینه‌سازی آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این پژوهش به بررسی تأثیر تعداد تیغه‌های جداکننده جریان بر اتلاف انرژی در سرریزهای کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع B پرداخته است. در این مطالعه، دو ارتفاع سرریز 20/0 و 18/0 متری ارزیابی شدند. تیغه‌های جداکننده جریان استوانه‌ای به‌صورت شش‌تایی، چهارتایی و دوتایی روی هر سیکل تاج سرریز، نصب شدند. نتایج نشان داد که افزایش تعداد تیغه‌های جداکننده جریان در کلیدهای ورودی سرریز، باعث افزایش اتلاف انرژی جریان می‌شود. به‌طور مثال، در سرریزهای با ارتفاع 20/0 متری همراه با تیغه‌های جداکننده جریان شش‌تایی، چهارتایی و دوتایی در هر سیکل سرریز، اتلاف انرژی جریان نسبت به سرریز با همین ارتفاع و بدون تیغه‌ی جداکننده جریان، حدود 06/5، 07/3 و 45/1 درصد بیشتر است. با افزایش 111 درصدی ارتفاع سرریز، اتلاف انرژی حدود 9 درصد افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش تعداد تیغه‌های جداکننده جریان، ضریب دبی کاهش می‌یابد. تیغه‌های جداکننده جریان باعث افزایش فاصله‌ی ریزش جریان به پایین‌دست سرریز می‌شوند. در نهایت از آنالیز ابعادی جهت بسط نتایج به سرریزهای کلیدپیانویی با طول تاج موثر متفاوت استفاده شد.
کلیدواژه‌ها

1- Abdi Chooplou, C., Kahrizi, E., Fathi, A., Ghodsian, M. and Latifi, M., 2024. Baffle-Enhanced Scour Mitigation in Rectangular and Trapezoidal Piano Key Weirs: An Experimental and Machine Learning Investigation. Water16(15), p.2133. DOI: 10.3390/w16152133
 
2. Al-Shukur, A.H.K. and Al-Khafaji, G.H., 2018. Experimental study of the hydraulic performance of piano key weir. International Journal of Energy and Environment9(1), pp.63-70.
 
3. Babakhah, L. and Khoshfetrat, A., 2024. Investigating local scour downstream of Piano key weir with Riprap. Innovative Infrastructure Solutions9(11), pp.1-15. DOI: 10.1007/s41062-024-01759-0
 
4. Bansal, N., Singh, D. and Kumar, M., 2023. Computation of energy across the type-C piano key weir using gene expression programming and extreme gradient boosting (XGBoost) algorithm. Energy Reports9, pp.310-321. DOI: 10.1016/j.egyr.2023.04.003
 
5. Bodaghi E, Abdi Chooplou Ch, Ghodsian M., 2024. Experimental investigation of scour downstream of a type A trapezoidal piano key weir under free and submerged flow conditions. Journal of Hydrology and Hydromechanics., 71. DOI: 10.2478/johh-2023-0041
 
6. Crookston, B.M., Erpicum, S., Tullis, B.P. and Laugier, F., 2019. Hydraulics of labyrinth and piano key weirs: 100 years of prototype structures, advancements, and future research needs. Journal of Hydraulic Engineering145(12), p.02519004. DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001646
 
7. Ehsanifar, A., Ghodsian, M. and Abdi Chooplou, C., 2023. The experimental study of the effect of splitter on the flow discharge Piano key weirJournal of Hydraulics18(2), pp.39-52. DOI: 10.30482/jhyd.2022.330734.1591
 
8. Eslinger, K. R. and Crookston, B.M., 2020. Energy dissipation of type a piano key weirs. Water12(5), p.1253. DOI: 10.3390/w12051253
 
9. Fathi, A., Khoshfetrat, A. and Alavi, S.H., 2025. Downstream Local Scour of PKW with Different Shapes and Numbers of Flow Splitters. Journal of Hydraulic Engineering151(4), p.04025015. DOI: 10.1061/JHEND8.HYENG-1414
 
10. Fathi, A., Abdi Chooplou, Ch. and Ghodsian, M. 2024. Local scour downstream of type-A trapezoidal stepped piano key weir in sand and gravel sediments. ISH Journal of Hydraulic Engineering, pp. 1–13. DOI: 10.1080/09715010.2024.2353612
 
11. Fathi, A., Abdi Chooplou, Ch. and Ghodsian, M., 2023. An Experimental Study of Flow Energy Loss in Trapezoidal Stepped Piano Key Weirs (PKWs). Modares Civil Engineering journal, 23(4), pp.163-174. DOI: 10.22034/23.4.163
 
12. Karimi, M., Jalili Ghazizadeh, M., Saneie, M. and Attari, J., 2020. Experimental and numerical study of a piano key side weir with oblique keys. Water and Environment journal34, pp.444-453. DOI: 10.1111/wej.12544
 
13. Karimi, M., Attari, J., Saneie, M. and Jalili Ghazizadeh, M.R., 2018. Side weir flow characteristics: comparison of piano key, labyrinth, and linear types. Journal of Hydraulic Engineering144(12), p.04018075. DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001539
 
14. Khanh, M.H.T., Hien, T.C. and Quat, D.S., (2011-2014). Study and construction of PK Weirs in Vietnam.https://www.semanticscholar.org/paper/Study-and-construction-of-PK-Weirs-in-Vietnam-%28-to-Khanh-Hien/
 
15. Khoshfetrat, A., Challoob Mshali, K. and Fathi, A., 2025. Experimental study of the effect of jump on the scour downstream of type-C trapezoidal piano key weir. Amirkabir Journal of Civil Engineering56(11), pp.1353-1368. DOI: 10.22060/ceej.2024.22565.7996
 
16. Mirkhorli, P., Ghaderi, A., MohammadNezhad, H., Mohammadi, M. and Kisi, O., 2025. Hydraulic Behavior and Energy Dissipation in Piano Key Weirs vs. Rectangular Labyrinth Weirs: A Comparative Study. Flow Measurement and Instrumentation, p.102830. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2025.102830
 
17. Pfster M, Jüstrich S, Schleiss AJ., 2017. Toe-scour formation at piano key weirs. CRC Press, Labyrinth and Piano Key Weirs III, pp 147–156
 
18. Pinto, M., Matos, J.D.S.G. and dos Santos Viseu, M.T.F., 2017. Energy dissipation on stepped spillways with a piano key weir: experimental study. Instituto Superior Técnico, Lisbon (in Portuguese), pp.1-11.
19. Rdhaiwi, A.Q., Khoshfetrat, A. and Fathi, A., 2024. Experimental comparison of flow energy loss in type-B and-C trapezoidal piano key weirs. Journal of Engineering and Sustainable Development28(1), pp.55-64. DOI: 10.31272/jeasd.28.1.4
 
20. Rdhaiwi, A.Q., Khoshfetrat, A. and Fathi, A., 2023. Experimental investigation of scour downstream of a C-Type trapezoidal piano key weir with stilling basin. Journal of Engineering and Sustainable Development27(6), pp.688-697. DOI: 10.31272/jeasd.27.6.2
 
21. Safarzadeh, A. & Noroozi, B., 2014. Three-dimensional hydrodynamics of arced piano key spillways. Journal of Hydraulics, 9(3), pp.61-79. DOI: 10.30482/JHYD.2014.10176
 
22. Shen, X. and Oertel, M., 2021. Comparative study of nonsymmetrical trapezoidal and rectangular piano key weirs with varying key width ratios. Journal of Hydraulic Engineering147(11), p.04021045. DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001942
 
23. Shen, X. and Oertel, M., 2023. Influence of piano key weir crest shapes on flow characteristics, scale effects, and energy dissipation for in-channel application. Journal of Hydraulic Engineering149(6), p.04023010. DOI: 10.1061/JHEND8.HYENG-13322
 
24. Singh, D. and Kumar, M., 2023. Effect of the inlet-to-outlet key width ratio of Piano Key Weir on its hydraulic behaviourFlow Measurement and Instrumentation91, p.102342. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2023.102342
 
25. Singh, D. and Kumar, M., 2022. Energy dissipation of flow over the type-B Piano Key Weir. Flow Measurement and Instrumentation83, p.102109. DOI: 10.1016/j.flowmeasinst.2021.102109
 
26. Torabi, H., Parsaie, A., Yonesi, H. and Mozafari, E., 2018. Energy dissipation on rough stepped spillways. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering42, pp.325-330. DOI: 10.1007/s40996-018-0092-5
 

  • تاریخ دریافت 24 فروردین 1404
  • تاریخ پذیرش 06 خرداد 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1404