Numerical Investigation of Aeration System in High Flow Velocity Using VOF

Author

• Hossein Khorshidi

Abstract

Cavitation is the most important problem in the bottom outlets of dams because of high flow velocities. Due to flow velocities up to 30 m/s and negative pressures, remarkable damages occurred on the lining of these tunnels. In this paper, a numerical model based on the finite volume method for fully three-dimensional (3D) using VOF model in two-phase including air and water is applied. Validation of the work has been obtained by comparison with measurements of a laboratory model, i.e., the pressure and velocity magnitudes are computed along the tunnel with error up to 20 percent. Cavitation index in flow direction have been estimated under different conditions of gate opening and shown critical situation (less than 0.25) at the downstream the gate. For aerated flow, the cavitation index were increased up to 6-7 times greater than the non-aerated flow and improved the flow conditions for cavitation occurrences.

Keywords

• Bottom outlet
• Sefidrood dam
• Aeration system
• Fluent software

20.1001.1.20086377.1395.9.29.5.8

---

References

1. Vischer, D.L., and Hager, W.H. 1999. Dam Hydraulics. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, United   Kingdom.

2. Speerli, J., and Hager, W.H. 2000. Air–water flow in bottom outlets. Canadian Journal of Civil Engineering, 27:454-462.

3. Sharma, H.R. 1976. Air entrained in high head gated conduits. Journal Hydraulics Division ASCE, 102(HY11):1629-1646; 103(HY10):1254-1255.

4. سلیمان­زاده ر. 1385. تحلیل عددی جریان دو فاز آب و هوا در اطراف دریچه کشویی تخلیه­کننده تحتانی. دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

5. مطالعات علاج بخشی سد سفیدرود. 1385. گزارشات مربوط به آسیبهای تخلیه­کننده های تحتانی، مؤسسه تحقیقات آب، وزارت نیرو.

6. خورشیدی ح. 1387. بررسی پدیده کاویتاسیون در تخلیه­کننده تحتانی سد سفیدرود به کمک فلوئنت، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران،‌ تهران.

7. خورشیدی ح. 1387. بررسی سیستم هوادهی در تخلیه­کننده ­تحتانی سد سفیدرود با استفاده از روش حجم محدود، مجموعه مقالات هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت و برق شهید عباسپور، ‌تهران.

8 . عباسپور ا، هاشمی­کیا س. 1392. شبیه سازی عددی جریان بر روی سرریز استوانه ای با در نظر گرفتن مولفه ی زبری با استفاده از معیارk - ε. مجله ی مهندسی منابع آب، دوره 6، شماره 18.