Three-dimensional numerical investigation of flow through screens as energy dissipators

Screens, perforated units to dissipate energy in hydraulic structures, are investigated numerically in this study. These units are part of a physical setup exposed to supercritical flows, normally created by sluice gates. The interaction of perforated screens and supercritical flows results in local complex three-dimensional flows, which can be analyzed by the application of RANS-based flow equations. The most important controlling parameters include supercritical Froude number between 2 and 10 and screen porosity of 40% and 50%. Numerical water surface profiles and energy dissipation are validated by the author's experimental data. This paper derives a set of equations in terms of depth ratio of the hydraulic jump through the perforated screens and assesses the effect of baffles on energy dissipation. This study seeks a proof-of-concept for the application of the RANS-based technique for further application of the result to real hydraulic structures in due course. Key words: screen, hydraulic jump, energy dissipation, supercritical flow, baffles. Les ecrans, des unites perforees servant a dissiper l'energie dans les ouvrages hydrauliques, sont etudies numeriquement dans le cadre de cette recherche. Ces unites font partie d'une configuration physique exposee aux ecoulements torrentiels, normalement crees par des vannes registres. L'interaction d'ecrans perfores et d'ecoulements torrentiels donne lieu a des ecoulements tridimensionnels locaux complexes, qui peuvent etre analyses au moyen de l'application des equations d'ecoulements selon << Reynolds-averaged-Navier-Stokes >> (RANS). Les parametres determinants les plus importants sont le nombre de Froude supercritique entre 2 et 10 et la porosite de l'ecran de 40% et 50%. La dissipation d'energie et les profils de la ligne d'eau obtenus numeriquement sont valides par les donnees experimentales de l'auteur. Dans le cadre de cette etude, on etablit un ensemble d'equations en fonction du rapport hauteur a longueur du ressaut hydraulique a travers les ecrans perfores et evalue l'effet des dissipateurs d'energie. Cette etude se penche sur la validation de principe de l'application de la technique selon RANS en vue de l'application ulterieure du resultat, et ce, aux ouvrages hydrauliques reels en temps voulu. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: ecran, ressaut hydraulique, dissipation d'energie, ecoulement torrentiel, dissipateurs d'energie.
1. Introduction The energy dissipator structures are installed to control flow velocity and dissipate extra energy in the downstream of hydraulic structures. The rate of energy dissipation has the direct [...]