Experimental study of adding different screen walls to the hydraulic structure (piano key weir) and its effect on hydraulic performance

Yükleniyor...
Küçük Resim

Tarih

2024

Dergi Başlığı

Dergi ISSN

Cilt Başlığı

Yayıncı

İstanbul Gedik Üniversitesi

Erişim Hakkı

info:eu-repo/semantics/openAccess

Özet

Piano Key Weirs are hydraulic structures that can be used for flood release systems on dams or to increase the discharge capacity when placed in the Watercourse. They also have the ability to pass large discharges for lesser upstream-head values when compared with other weirs types. Where the meandering length of the edge of PKW is greater than the width of the Watercourse itself, this leads to a reduction in the depth of water present in the Watercourse at the discharge itself. The Piano Key Weir is a special type of labyrinth weir developed as a solution to the problem of traditional labyrinth weirs, which is the inadequacy of dam construction due to the large base area, where PKW is distinguished by a small structural footprint. PKW geometry consists of successive repetitions of cycles, with new features introduced to form the particular shape of PKW, like a rectangular layout, sloped floors, overhangs and reduced footprint area. These features make the PKW more economical and enable its construction on gravity dam sections, as well as the ability of its hydraulic structure to dissipate energy. Piano key weir type-A is one of the best types of PKW in terms of performance due to the length of its crest edge, which is considered the longest among the types of PKW, which allows for larger amounts of flow to be released. Also, prefer the usage of Type-A PKW for dam restoration and dam rising projects because they are balanced structures in a static force analysis, where the force resultant is placed inside the base of the structure and is hence typically safe from overturning. In this research, the addition of different screen walls in terms of diameters of holes, porosity of screen wall, and shapes of holes to the side walls of the piano key weir was studied to determine the extent of their effect on the discharge coefficient, energy dissipation, and residual energy. The different screen walls applied to five main models of the piano key weir type-A, with a rectangular shape (PKW1, PKW2, PKW3, PKW4, and PKW5) which Different geometric parameters and each model has four heights P=30, 28, 26, 24 cm and addition 13 model of screen walls with different holes and divided into three groups; the group of diameters it includes type-A, type-B, type-c, type-D, type-E, and the group of porosity it includes type-B, type-F, type-G, type-H and the group of shapes it includes type-D (circular), type-I (astral), type-J (hexagonal), type-K(triangular), type-M (square). The experiments laboratory was conducted in the hydraulics laboratory of the College of Engineering, University of Mosul, where 400 Experiment conducted by passing four flow discharges 37,47,57,67 lt/s through a horizontal concrete channel with a length of 24.64 m, width of 0.81 m and depth of 0.6 m, with concrete walls 0.2 m thick. And The case of flow was free flow and clear water, and the model of PKW was not immersed. It was shown that the effect of adding screen walls to the models led to a good and noticeable increase in the discharge coefficient, and this increase appears more evident as the diameter of the holes of the screen walls increases or their porosity increases, as the group of screen walls according to diameter, type-E gave the highest discharge coefficient and type-A The lowest discharge coefficient, and the group of the porosity gave the type-H the highest discharge coefficient and the type-B the lowest discharge, and the group of the shapes of the holes gave very close values for the discharge coefficients, and the discrepancy between them was small, as the type-K gave the highest discharge coefficient, then TYPE-J, TYPE-M, TPYE-D, TYPE-I respectively. It was also shown that the effect of the screen walls on energy dissipation was inverse, as the rate of energy dissipation decreased with the addition of screen walls, but this decrease in energy dissipation was very small, and the larger the diameter of the holes of the screen walls or the greater their porosity, the more this causes a reduction in energy dissipation. The research also dealt with a hydraulic study of the transfer of flow from the upstream of the PKW to the downstream through the screen walls and its effect on the head of flow at the upstream and the depth of the tailwater downstream. The study also addressed the effect of adding different screen walls to PKW while changing the geometric parameters of PKW and their role in affecting the discharge coefficient, energy dissipation, and residual energy. It was found that the high value of (L/W), (W_i/W_o ), and (B/P),gives the highest discharge coefficient and the lowest energy dissipation when using the same screen walls. The research also addressed the effect of (H_1/P) which represents the height of the flow head upstream to the height of the PKW model, which has a role in increasing the discharge coefficient and increasing energy dissipation whenever this percentage decreases. This ratio is also linked to changes in the geometric parameters of PKW and by adding different screen walls to PKW. The research also included extracting the advantages and Disadvantages of adding screen walls and their effects on the performance of the PKW's work, increasing the stability of the structure, reducing the area of erosion below the dam, and many other benefits. The research also included developing recommendations related to the topic and ways to develop it.
Piyano Anahtar Regülatörleri barajlarda taşkın tahliye sistemleri için veya Suyoluna yerleştirildiğinde deşarj kapasitesini arttırmak için kullanılabilen hidrolik yapılardır. Ayrıca diğer savak tipleriyle karşılaştırıldığında daha düşük memba düşü değerleri için büyük debileri geçme kabiliyetine sahiptirler. PKW'nin kenarının kıvrımlı uzunluğunun Su Yolunun genişliğinden daha büyük olması durumunda, bu durum, Deşarjda Su Yolunda mevcut olan suyun derinliğinde bir azalmaya yol açmaktadır. Piyano Tuşlu Savak, PKW'nin küçük yapısal ayak izi ile ayırt edildiği, baraj inşaatının geniş taban alanı nedeniyle yetersizliği olan geleneksel labirent savak sorununa çözüm olarak geliştirilmiş özel bir labirent savak türüdür. PKW geometrisi, PKW'nin özel şeklini oluşturmak için dikdörtgen düzen, eğimli zeminler, çıkıntılar ve azaltılmış ayak izi alanı gibi yeni özelliklerin tanıtıldığı döngülerin ardışık tekrarlarından oluşur. Bu özellikler PKW'yi daha ekonomik hale getirerek ağırlık barajı bölümlerinde inşa edilmesine olanak sağlamanın yanı sıra hidrolik yapısının enerjiyi dağıtma kabiliyetine de sahiptir. A tipi piyano tuş savağı, PKW türleri arasında en uzun olduğu kabul edilen ve daha büyük miktarlarda akışın serbest bırakılmasına olanak tanıyan kret kenarının uzunluğu nedeniyle performans açısından en iyi PKW türlerinden biridir. Ayrıca baraj restorasyonu ve baraj yükseltme projeleri için A Tipi PKW kullanımını tercih edin çünkü bunlar, statik kuvvet analizinde dengeli yapılardır; burada kuvvet bileşkesi yapının tabanının içine yerleştirilir ve dolayısıyla genellikle devrilmeye karşı güvenlidir. Bu araştırmada, piyano tuş savağının yan duvarlarına delik çapları, perde duvarının gözenekliliği ve delik şekilleri açısından farklı perde duvarlarının eklenmesi, bunların deşarj katsayısı, enerji üzerindeki etkisinin boyutunu belirlemek amacıyla incelenmiştir. dağılma ve kalan enerji. A tipi piyano tuş savağının dikdörtgen şekilli (PKW1, PKW2, PKW3, PKW4 ve PKW5) beş ana modeline uygulanan, farklı geometrik parametrelere sahip ve her modelin dört yüksekliği P=30, 28, 26, 24 cm ve ek 13 farklı delikli perde duvar modeli üç gruba ayrılmıştır; A tipi, B tipi, c tipi, D tipi, E tipini içeren çap grubu ve B tipi, F tipi, G tipi, H tipini ve gözeneklilik grubunu içerir. Şekil grubu, D tipi (dairesel), I tipi (astral), J tipi (altıgen), K tipi (üçgen), M tipi (kare) içerir. Deney laboratuvarı, Musul Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Hidrolik Laboratuvarı'nda, 24,64 m uzunluğunda yatay bir beton kanaldan 37,47,57,67 lt/s'lik dört adet akışlı deşarj geçirilerek 400 Deney gerçekleştirildi. 0,81 m genişlik ve 0,6 m derinlik, 0,2 m kalınlığında beton duvarlar. Akış durumu serbest akış ve temiz suydu ve PKW modeli suya daldırılmamıştı. Modellere elek duvarlarının eklenmesinin etkisinin deşarj katsayısında iyi ve gözle görülür bir artışa yol açtığı ve bu artışın, grup arttıkça elek duvarlarının deliklerinin çapı arttıkça veya gözeneklilik arttıkça daha belirgin göründüğü gösterilmiştir. Çapa göre elek duvarlarında E tipi en yüksek deşarj katsayısını, A tipi en düşük deşarj katsayısını, gözeneklilik grubu ise en yüksek deşarj katsayısını Tip-H'ye, en düşük deşarj katsayısını ise Tip-B'ye vermiş, Deliklerin şekillerinin oluşturduğu grup, deşarj katsayıları için çok yakın değerler vermiş ve aralarındaki fark küçüktü, çünkü K tipi en yüksek deşarj katsayısını verirken, ardından TİP-J, TİP-M, TPYE-D, TİP- ben sırasıyla. Ayrıca, ekran duvarlarının eklenmesiyle enerji yayılım hızının azalması nedeniyle ekran duvarlarının enerji dağıtımı üzerindeki etkisinin ters olduğu, ancak enerji dağıtımındaki bu azalmanın çok küçük olduğu ve ekrandaki deliklerin çapı büyüdükçe enerji dağıtımının ters olduğu da gösterilmiştir. Ekran duvarları veya gözenekliliği ne kadar büyük olursa, bu durum enerji kaybının da o kadar azalmasına neden olur. Araştırma ayrıca, akışın PKW'nin memba kısmından mansabına perde duvarları vasıtasıyla aktarılması ve bunun membadaki akış yükü ve mansaptaki kuyruk suyu derinliği üzerindeki etkisine ilişkin hidrolik bir çalışmayı da ele almıştır. Çalışma aynı zamanda PKW'nin geometrik parametrelerini değiştirirken PKW'ye farklı ekran duvarları eklemenin etkisini ve bunların deşarj katsayısını, enerji dağılımını ve artık enerjiyi etkilemedeki rolünü de ele aldı. Aynı ekran duvarları kullanıldığında (L/W), (W_i/W_o) ve (B/P)'nin yüksek değerinin en yüksek deşarj katsayısını ve en düşük enerji kaybını sağladığı bulunmuştur. Araştırmada ayrıca, akış yukarısındaki akış yüksekliğinin yüksekliğini temsil eden (H_1/P)'nin PKW modelinin yüksekliğine olan etkisi de ele alındı; bu, PKW modelinin deşarj katsayısını artırmada ve bu yüzde azaldığında enerji tüketimini artırmada rol oynuyor. Bu oran aynı zamanda ge'deki değişikliklerle de bağlantılıdır.

Açıklama

Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı, İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı

Anahtar Kelimeler

İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering

Kaynak

WoS Q Değeri

Scopus Q Değeri

Cilt

Sayı

Künye