Experimental modeling of circular labyrinth weirs with different weir heights and configurations

Year 2023, Volume: 13 Issue: 2, 373 - 385, 15.04.2023

Ali Yıldız Ali İhsan Martı Mustafa Göğüş

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1208975

Abstract

Due to their zigzag geometry in plain view, labyrinth weirs require less crest length compared to linear weirs in the dam body or in the channels where they are placed. In this study, the effect of the number of cycles (N) and weir heights (P) of the semi-circular labyrinth weirs on the flow efficiency was investigated. Semi-circular labyrinth weirs, unlike triangular and trapezoidal labyrinth weirs, increase the discharge efficiency by making the areas that reduce the flow capacity at the intersection areas more efficient and by allowing the flow to move in a more perpendicular direction to the weir walls. The experiments were carried out on 3 different configurations (N=2, 3 and 4) depending on the number of semi-circles they contain. In all configurations, a total of 3 weir heights (P=0.20, 0.30 m and 0.40 m) were used and 9 test setups were prepared. In addition, to reference the results obtained from circular weirs, experiments were carried out with linear weirs at 3 different weir heights (P=0.20, 0.30 m and 0.40 m), and a total of 12 experiments were carried out. n this study, the effect of the number of cycles (N) and weir heights (P) of the semicircular labyrinth weirs on the discharge efficiency was investigated. The results obtained from the circular labyrinth weir experiments were compared with previous studies and it was seen that the semi-circular labyrinth weirs had higher discharge capacity than the triangular labyrinth weirs. In addition, semi-circular labyrinth weirs provided a longer effective crest length than the triangular form with the same channel width, they provide higher flow rates at the same weir load.

Keywords

Open channel hydraulic, Circular sectioned weirs, Experimental modeling, Labyrinth weirs

Farklı savak yüksekliğine ve konfigürasyona sahip dairesel labirent savakların deneysel modellenmesi

Abstract

Labirent savaklar plan görünümünde zikzaklı geometrilerinden dolayı, doğrusal savaklara göre baraj gövdesinde veya yerleştirildiği kanallarda daha az genişliğe ihtiyaç duyarlar. Bu çalışmada yarım daire şeklindeki labirent savakların içerdikleri göz sayılarının (N) ve yüksekliklerinin (P) debi verimine olan etkisi incelenmiştir. Yarım daire şeklindeki labirent savaklar üçgen ve trapez labirent savakların aksine, kesişim köşelerindeki akış kapasitesini azaltan bölgeleri daha verimli hale getirerek ve akışın savak duvarlarına daha dik doğrultuda hareket etmesini sağlayarak deşarj verimini arttırırlar. Deneyler dairesel savaklar için içerdikleri yarım daire sayısına bağlı olarak (N=2, 3 ve 4) olarak 3 farklı konfigürasyon üzerinde yürütülmüştür. Bütün konfigürasyonlarda toplam 3 adet savak yüksekliği (P=0.20, 0.30 m ve 0.40 m) kullanılmış olup 9 adet deney seti hazırlanmıştır. Ayrıca dairesel savaklardan elde edilen sonuçlara referans oluşturması amacıyla doğrusal savaklar ile 3 farklı savak yüksekliğinde (P=0.20, 0.30 m ve 0.40 m) deneyler yapılmış olup toplamda 12 adet deney yapılmıştır. Dairesel savakların içerdiği göz sayısı (N) arttıkça debi verimi düşmüştür ve yüksekliğin debi verimi üzerine belirgin bir etkisi olmamıştır. Dairesel labirentler savak deneylerinden elde edilen sonuçlar önceki çalışmalar ile karşılaştırılmış ve yarım daire labirent savakların, üçgen kesitli labirent savaklara göre daha yüksek debi-deşarj kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. Ayrıca yarım daire şeklindeki labirent savaklar aynı kanal genişliğinde üçgen forma göre daha uzun efektif kret uzunluğu sağlamışlardır ve aynı savak yükünde yüksek debi geçirmişlerdir.

Keywords

Açık kanal hidroliği, Dairesel savaklar, Deneysel modelleme, Labirent savaklar

References

• Amanian, N. (1987). Performance and design of labyrinth spillway [Doktora Tezi, Utah State University].
• Bilhan, O., Aydin, M. C., Emiroglu, M. E., & Miller, C. J. (2018). Experimental and CFD analysis of circular labyrinth weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 144(6). https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943 4774.0001301
• Bilhan, O., Emiroglu, M. E., & Miller, C. J. (2016). Experimental investigation of discharge capacity of labyrinth weirs with and without nappe breakers. World Journal of Mechanics, 6(7). http://doi.org/10.4236/wjm.2016.67017
• Crookston, B. M. (2010). Labyrinth weirs [Doktora Tezi, Utah State University].
• Crookston, B. M., & Tullis, J. P. (2012). Arced labyrinth weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 138(6), 555-562. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000553
• Crookston, B. M., & Tullis, J. P. (2013). Hydraulic design and analysis of labyrinth weirs. I: discharge relationships. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 139(5), 363-370. https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943 4774.0000558
• Hay, N., & Taylor, G. (1970). Performance and design of labyrinth weirs. Journal of the Hydraulics Division, 96(11), 2337–2357. https://doi.org/10.1061/JYCEAJ.0002766
• ICOLD (International Commission of Large Dams). (1995). Dam failures - statistical analysis (Bulletin 99). https://www.icold cigb.org/GB/publications/bulletins.asp
• Taylor, G. (1968). The performance of labyrinth weirs [Doktora Tezi, University of Nottingham].
• Tingey, S. E. (2011). Discharge Coefficients of Oblique Weirs [Doktora Tezi, Utah State University].
• Tullis, J. P., Amanian, N., & Waldron, D. (1995). Design of labyrinth spillways. Journal of Hydraulic Engineering, 121(3), 247-255. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1995)121:3(247)
• Wormleaton, P. R. & Tsang, C. C. (2000). Aeration performance of rectangular planform labyrinth weirs. Journal of Environmental Engineering, 126(5), 456-465. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9372(2000)126:5(456)