23469

مطالعه عددي عملكرد هم‌زمان سرريز و آبگير نيروگاه در سدهاي بلند

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1396

1399/8/21

ابراهيم جباري

عمران

امروزه استفاده از نيروگاه‌هاي برق‌آبي يكي از روش‌هاي توليد برق است كه در جهان درحال‌توسعه است. يكي از مسائل مهم هيدروليكي كه در فرآيند توليد انرژي در اين نيروگاه‌ها وجود دارد، پديده گرداب در دهانه آبگير نيروگاه است. گرداب‌ها باعث مشكلاتي همچون تلفات هد آب، كاهش نرخ جريان عبوري، كاهش راندمان توربين و ... مي‌شوند. ازاين‌رو مهندسين در تلاش هستند تا با روش‌هاي سازه‌اي و هيدروليكي مانع ايجاد گرداب شوند. در نيروگاه‌هاي جرياني، به دليل داشتن سد با مخزن كوچك، با كوچك‌ترين سيلاب سرريز سد شروع به كار مي‌كند. لذا پژوهشي با عنوان تأثير عملكرد هم‌زمان آبگير نيروگاه و سرريز در سد مسجدسليمان بر گرداب‌هاي شكل‌گرفته در دهانه آبگير با استفاده از مدل عددي تعريف‌شده است. در پژوهش پيش رو با تشكيل 11 گرداب مختلف با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D به بررسي تأثير جريان سرريز بر آن‌ها پرداخته‌شده است. به‌منظور اطمينان از نتايج مدل عددي و همچنين بررسي هزينه محاسباتي، تحليل حساسيت به‌اندازه شبكه‌بندي، مدل آشفتگي و همچنين مدل سطح آزاد مناسب براي شبيه‌سازي اين پديده با دقت بالا انجام شده است. روش VOF و مدل LES در شبيه‌سازي سطح آزاد و مدل آشفتگي در پديده گرداب به‌عنوان مدل‌هاي مناسب مورداستفاده قرار گرفته است. با تغيير متغير دبي سرريز، دبي آبگير و ارتفاع سطح آب مخزن، درمجموع 42 مدل شبيه‌سازي به انجام رسيد. نتايج حاكي از آن است كه جريان عبوري از سرريز باعث ايجاد ميدان جرياني به سمت سرريز شده كه محدوده وسيعي از سطح آب مخزن را تحت تأثير قرار مي‌دهد. وسعت و دامنه ميدان جريان با افزايش دبي سرريز، افزايش ارتفاع آب مخزن و كاهش دبي آبگير كوچك‌تر شده و افزايش جريان سرريز باعث كاهش قدرت گرداب مي‌شود. با بررسي تغييرات شدت آشفتگي در فواصل مختلف مي‌توان نتيجه گرفت اين تغييرات در ناحيه جريان گرداب با افزايش دبي سرريز افزايش يافته، اما در ناحيه جريان سرريز با افزايش دبي سرريز شدت آشفتگي كاهش يافته است.

1399/12/06

Numerical Study on Simultaneous Operation of Spillway and Power Intake in High Dams

11/12/2021 12:00:00 AM

Today, the use of hydropower plants is one of the methods of renewable electricity generation that is developing in the world day by day. One of the important hydraulic issues in the energy production process in these power plants is the vortex phenomenon in the catchment mouth of the power plant. Vortex causes problems such as water head losses, reduced flow rate, reduced turbine efficiency, and so on. Therefore, engineers are trying to prevent the formation of the vortex by structural and hydraulic methods. Current power plants start with the smallest flood spillway due to the small dam reservoir. Therefore, a study entitled The Effect of Simultaneous Performance of Power Plant Reservoir and spillway in Masjed Soleiman Dam on vortex Formed at the Reservoir Estuary has been defined using a numerical model. In the present study, by forming 11 vortexes in different classes using Flow-3D software, the effect of spillway current on them has been investigated. To ensure the results of the numerical model as well as to investigate the computational cost, sensitivity analysis to the extent of networking and turbulence model as well as a suitable free surface model to simulate this phenomenon was performed with high accuracy. VOF method and LES model were used in the free surface simulation and turbulence model in the vortex phenomenon as suitable models. By comparing the calculation cost and the amount of error, the network size of 5 mm was determined as the appropriate modeling size for modeling. A total of 40 simulation models were performed by changing the variables of spillway flow, catchment flow, and reservoir water level. The results show that the flow passing through the spillway creates a flow field towards the spillway which affects a wide range of the reservoir water level. The area of the flow field increases with increasing spillway flow, increasing reservoir water height, and decreasing catchment flow. The expansion of this flow field reduces the strength of the vortex. At the same time, the spillway and the catchment eliminate the vortex and no rotation is seen on the surface of the reservoir. Upon further investigation of the severity of the vulnerability, it was concluded in a different result that this change in the vortex flow zone increases with increasing overflow flow, but in the flow zone, it increases with increasing flow due to pressure resistance.

گرداب , آبگير , مخزن , مدلسازي عددي , قدرت گرداب , جريان سرريز

Vortex , intake , Reservoir , Numerical modeling , Vortex power , Spillway flow