Document

Predicting the flow velocity at the toe of a labyrinth stepped spillway.

Identifier
DOI: 10.53540/tjer.vol18iss1pp20-25
Source
The Journal of Engineering Research (TJER), v. 18, no. 1, p. 20-25.
Other titles
حساب سرعة الجريان عند قدمة المطفح المدرج على شكل متاهة.
Country
Oman.
City
Muscat
Publisher
College of Engineering, Sultan Qaboos University.
Gregorian
2021-10-06
Language
English
English abstract
The velocity at the toe of a spillway is a major variable when designing a stilling basin. Reducing this velocity leads to reduce the size of the basin as well as the required appurtenances needed for dissipating the surplus kinetic energy of the flow. If the spillway chute is able to dissipate more kinetic energy, then the resulting flow velocity at the toe of the spillway will be reduced. Typically, a stepped spillway is able to dissipate more kinetic energy than that of a smooth surface. In the present study, the typical uniform shape of the steps has been modified to a labyrinth shape. It is logical to expect that the labyrinth shape will lead to dissipate more kinetic energy. This impression comes through creating more regions of circulation and turbulence along the lateral sides of each step in addition to those that occur towards the streamwise. This action can also reduce the jet velocities near the surfaces, thus minimizing cavitation. At the same time, the increase in circulation regions will maximize the opportunity for air entrainment, which also helps to dissipate more kinetic energy. The undertaken physical models consisted of three labyrinths of stepped spillways with magnification ratios (width of the labyrinth to width of conventional step) WL/W are 1.1, 1.2, and 1.3 as well as testing a conventional stepped spillway (WL/W=1). Two empirical forms of the coefficient are proposed, one for labyrinth shape stepped spillway denoted KL and another for conventional stepped spillway denoted KS. Once the value of the coefficient is known, the actual flow velocity at the toe of a stepped spillway can easily be computed without having to resort to measurements on-site. It is concluded that the spillway chute coefficient is directly proportional to the labyrinth ratio and its value decreases as this ratio increases.
ISSN
Online: 1726-6742
Print: 1726-6009
Arabic abstract
تعتبر السرعة عند قدمة المطفح من المتغيرات الرئيسية عند تصميم أحواض التسكين. وبالتالي التقليل من تلك السرعة يعني التقليل من الحجم المطلوب لحوض التسكين وكذلك من الملحقات الخاصة بتبديد طاقة الجريان الحركية. عندما يكون سطح المطفح قادر على تبديد مقدار أكبر من الطاقة الحركية حينها ستكون سرعة الجريان الواصلة عند القدمة واطئة. عموماً، المطافح المدرجة لها القابلية على تبديد الطاقة الحركية أكثر من تلك ذات الأسطح الملساء. في هذه الدراسة تم تطوير السطح المدرج النموذجي إلى مدرج بشكل متاهة. من المنطقي التوقع أن يكون لشكل المتاهة القابلية على تبديد المزيد من الطاقة الحركية للجريان من خلال زيادة التداخل بين تفرعات الجريان التي سوف تؤدي إلى المزيد من الدوامات. هذا التأثير سوف يقلل من بثق الجريان بالقرب من السطح وبالتالي التقليل من النخر. في هذا الوقت زيادة مناطق الدوامات سوف تزيد من فرصة تداخل الهواء مع الجريان الذي بدوره يساعد على تبديد المزيد من الطاقة الحركية. النموذج الفيزيائي المعتمد في هذه الدراسة قد تضمن ثلاثة نماذج لشكل المتاهة مع نسب تكبير لعرض المطفح المدرج التقليدي بالإضافة إلى نموذج المطفح المدرج التقليدي. تم اقتراح معاملين تجريبيين، أحدهما خاص بنموذج شكل المتاهة والآخر للمطفح المدرج التقليدي. في حال معرفة قيمة المعامل التجريبي يمكن عندها حساب سرعة الجريان عند قدمة المطفح بسهولة دون الحاجة لإجراء قياسات موقعية. من خلال النتائج يمكن القول بأن معامل المطفح قد تأثر بشكل مباشر مع نسبة التكبير وبالتالي قيمته تقل مع الزيادة في تلك النسبة.
Category
Journal articles