Flow characteristics occurring a side-weir overflow in rectangular channel is investigated in this study. A numerical model based on the two -dimensional shallow-water equations is employed to review the factors influencing on the side- weir overflow discharge and the change of flow depths and velocities. It is found that the discharge coefficient which has the most significant influence on the overflow is affected by geometric characteristics of a side-weir, Froude number of the main channel flow and the flow depth of the main channel at the starting point of a side-weir. And the discharge coefficient applicable to a practical design of a side-weir is proposed by deriving a relationship between Froude number of the main channel flow at the starting point of a side-weir and Froude number of the main channel flow.
In this study, we analyzed the flow characteristics in the wide-crested side weir of trapezoidal section by using a three dimensional numerical stimulation. From this study, as the Froude number increases in the main channel, the overflow discharge ratio and the discharge coefficient of lateral overflow tend to decrease. And it was also found that the increase of the lateral overflow reduces the channel discharge area in the downstream, and the size of recirculating zone is increasing in the opposite side of side weir. The stream-wise water surface on the side where the side weir is installed falls down rapidly in the weir starting point, gradually ascending, and rapidly rising at the end point. The reason why the water surface rapidly rises at the weir end point is because the weir end point hinders the flow.
In this study, the effectiveness of overflow improvement of weir was tested by conducting hydraulic experiments at the designated spot for installment of side weir under the condition of installment of hydraulic structures such as small reservoir in mainstream. The height of the reservoir was set up as a third of that of the weir, accordingly the rate of the height of the weir and the distance of the reservoir from the weir($B_h/L_b$) were 0.05, 0.025, 0.0167 each. As a result, overflows per unit width increased by 8.1%, 5.4% and 3.9% perspectively. A new discharge coefficient that adds $B_h/L_b$ as parameter to the existing discharge coefficient of trapezoidal broad crested side weir was suggested and the application of the new formula of discharge coefficient by comparing measured overflow with calculated overflow was identified.
Seo, Il Won;Song, Chang Geun;Park, Se Hoon;Kim, Dong Joo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1B
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pp.11-20
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2008
The spillway type of small and midsize dams in Korea is almost overflow weir. To examine flood control capacity of overflow spillway, FLOW-3D was applied to Daesuho dam and analysis was focused on the discharge of dam spillway by changing weir shape. Overflow phases and discharges of linear labyrinth weir and curved labyrinth weir were compared with those of existing linear ogee weir. Hydraulic model experiment was performed to verify numerical result. Verification results showed that overflow behaviors and flow characteristics in the side channel by hydraulic model experiment and numerical simulation are well matched, and water surface elevation at side wall coincides with each other. When the reservoir elevation was increased up to design flood level, in case of the linear ogee weir the flow over the crest ran through smoothly in the side channel, whereas in cases of linear labyrinth weir and curved labyrinth weirs, the flow discharge was increased by 40 cms, and the flow over the weir crest, rotating counter-clockwise, was submerged in the side channel. The results of the water level-discharge curve revealed that labyrinth weir can increase discharge by 71% compared to the discharge of linear ogee weir at low reservoir elevation since it can have longer effective length. But as water surface elevation rises, the slope of water level-discharge curve of labyrinth weir becomes milder by submergence and nappe interference in the side channel.
The objectives of this study are to analyze flow characteristics for a side weir, which is an inlet structure for flow discharge reduction in the main channel through 3 dimensional numerical analysis and to understand the efficiency of the overflow effect at the side weir. In this study over 40 simulations using FLOW-3D, a computational fluid dynamics program were conducted, and the results were analyzed to find the influence of the flow hydraulics, geometry, channel and weir shapes on the coefficient. It is especially considered the relatively high stage in downstream that may cause flow within channel to be backed up along the channel. Additionally by setting up the scale of simulations much larger than the existing test equipment designed by other researchers, it is intended to analyze more accurate hydraulic behavior along with the realistic hydraulic features such as structures and volumes of flow. The results show that for design with subcritical flow only if the Froude number of upstream is sustained below 0.5 and the length of weir is 33-100% of the width of channel, it is expected to improve the efficiency of the overflow over a side weir.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.7
no.3
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pp.9-18
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2007
The small and medium sized dams have the fill dam type of a lot of occasions, which are often weak in cases of major floods. For this reason, although a countermeasure is in great need, due to the importance of the facilities and financial situations, no direct safety measures have been taken. In this study, in order to minimize construction expenditure for practical safety measures in cases of major floods, the overflow section of spillway has been analyzed focusing on how the overflow capacity will increase in the case of partially rebuilding a part of the overflow section of spillway favorable for hydraulic conditions. The labyrinth weir and movable weir was chosen for reconstruction models of the overflow section. Moreover, for analyzing the after-effects of the reconstruction, a small scale dam was temporarily chosen for various experiments such as the hydraulic model testing and the three dimension numerical evaluation through the use of Flow-3D.
The flow characteristics of rectangular and 1 : 1 and 1 : 2 trapezoidal weirs were investigated through hydraulic experiments in order calculate the exact overflow discharge of the broad-crested side weir. The flow was found to be most stable in trapezoidal shapes with the lowest incline. The 1 : 1 and 1 : 2 trapezoidal weirs had 5.67% and 8.57% increases, respectively, compared to the rectangular weir in terms of overflow amount, which suggests that they are more effective in preventing flood. An integrated discharge coefficient equation taking into account the discharge coefficient equation and shapes was proposed through a multiple linear regression analysis with an addition of a new parameter for the side wear, $L/L_H$, to the conventional discharge coefficient equation. Also, the applicability of the newly proposed discharge coefficient equation was reviewed by comparing the measured and calculated overflow amounts based on the experimental data of preceding researches and existing researchers and the research data of this study.
It was reviewed for the 2D numerical simulations to evaluate the effects of flood control by detention basin, even if stage-discharge relationships for the side weir were not known. A 2D depth-integrated numerical model was constructed by the application of the finite volume method to the shallow water equations as a numerical method and the introduction of an approximate Riemann solver for the accurate calculation of fluxes. Results by the model were compared with those by the laboratory test for the cases of free overflow and submerged flow over a side weir between the channel and storage. The difference between simulated and measured discharge coefficients for the case of free overflow is very small. In addition, the results by simulations were in good agreement with those by experiments for the submerged flow over a side weir and its mechanism was reproduced well. Through this study the discharge coefficients of side weirs can be accurately determined by the 2D numerical model and a considerable degree of accuracy can be achieved to evaluate the effect of flood defenses by detention basins. Thus, it will be expected to apply this model practically to the plan of detention basins, the evaluation of design alternatives, or the management of the existing ones.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.1
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pp.81-89
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2023
Recently, due to global warming and urbanization due to the influence of abnormal weather, weather changes are increasing worldwide. Various measures have been proposed to reduce flood damage as flood volume increases due to problems such as an increase in impermeable area due to urbanization and reckless development. In this study, flow characteristics and overflow volume were analyzed using FLOW-3D, a three-dimensional CFD model, in accordance with changes in the cross-flow weir inlet angle installed in the meandering river section, and a basic study was conducted to evaluate the overflow capacity and calculate the flow coefficient. As a result of the analysis, the smaller the inflow angle of the transverse overflow, the lower the water level and flow rate of the main water flow after passing the transverse overflow, and the higher the inflow angle, the higher the water level and the flow rate. In addition, it was confirmed that the direct downstream flow rate decreased compared to the upstream flow rate when the inflow angle of the transverse overflow was 40° or higher.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.8
no.1
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pp.5-13
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2015
In this study, the lateral overflow discharge coefficients for the curvatures of side weir on meandering channel were analyzed. The side weir installed in accordance with the variation of the radius of curvature of the central angle bends with $180^{\circ}$. FLOW-3D model is applied to calculate the discharge coefficients of the side-weir on meandering and straight channels and the characteristics of the discharge coefficients are analysed. In order to verify the numerical model, the results from the hydraulic experiment conducted by the former research are compared with the results simulated by FLOW-3D in the same conditions. The discharge coefficients are calculated for the ratio between curvature ($R_c$) and channel width (b), and the ratio between over flow discharge of the straight channel ($Q_{wc}$) and the meandering channel ($Q_{wc}$) are compared. As the result, the discharge coefficients depend on the weir depth on upstream, and the radius of curvature, so that the discharge coefficients of side weir on the meandering channel can be estimated by them on the straight channel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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