هر صفحه ی مستغرق، یک مولد جریان چرخشی ثانوی است که در نتیجه ی وجود گرادیان قائم فشار در طرفین صفحه حاصل می گردد. عملکرد یک صفحه ی مستغرق به الگوی جریان ثانوی ناشی از آن بستگی دارد. در تحقیق حاضر تأثیر برش لبه ی ابتدایی صفحات بر عملکرد شش نوع شکل مختلف صفحات مستغرق با استفاده از مدل عددی Flow-3D ارزیابی شده است. صفحات مورد بررسی عبارتند از یک صفحه ی مستطیلی ساده و پنج صفحه که لبه ی ابتدایی آن ها به ترتیب با زاویه های 30، 45، 60، 70 و 3/73 درجه نسبت به امتداد قائم برش خورده است. مدل عددی با استفاده از داده های سرعت سنجی آزمایشگاهی واسنجی شده است. نتایج نشان می دهد که برش لبه ی ابتدایی صفحات در کاهش مؤلفه های منفی سرعت در لبه ی ابتدایی صفحات بسیار مؤثر است. این روش اصلاحی موجب کاهش نسبی گشتاور اندازه ی حرکت (MOM) ناشی از صفحات، نسبت به صفحه ی مستطیلی مبنا می گردد؛ در عین حال بازده (عملکرد در واحد سطح) صفحات برش خورده نسبت به صفحه ی مستطیلی ساده افزایش یافته است.

در تقاطع­­های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال­های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حائز اهمیت می­باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می­باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه­سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه­سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال­­های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قائم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به­طوری­که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

آبگیرهای کفی از جمله سازه هایی هستند که معمولا در مناطق کوهستانی ساخته می شوند. در بحث آبگیری از رودخانه ها، روش های متعددی وجود دارد که هر یک ویژگی ها و محدودیت های خاص خود را دارند. آبگیری از جریان آب در رودخانه ها معمولا به دو روش پمپاژ و ثقلی صورت می گیرد. روش ثقلی به دلیل پیوسته بودن و عدم نیاز به صرف انرژی بر روش پمپاژ ارجحیت دارد. روش های مختلفی به طریق ثقلی امکان پذیر می باشد که معمولا به سه دسته آبگیرهای جانبی، جلویی و کفی تقسیم بندی می شوند. با توجه به تجربیات بدست آمده در کشورهای اروپایی برای مناطق کوهستانی و کوهپایه ای با شیب طولی رودخانه بیش از یک درصد در حالی که 75 درصد بار بستر دارای ابعاد بزرگتر از 6 میلی متر باشد، آبگیر کفی توصیه گردیده است. با توجه به اینکه تحلیل هیدرولیکی جریان در آبگیر کفی چندان توسط مدل های ریاضی مورد بحث قرار نگرفته و از طرفی بررسی و ساخت مدل های فیزیکی زمان بر و پر هزینه است، بنابراین در این پژوهش، شبیه سازی هیدرولیک جریان در آبگیر کفی، توسط نرم افزار Flow3D مورد نظر قرار گرفت.در این پژوهش مشاهده گردید که بهترین شیب شبکه آبگیر، برای آبگیری شیب 20 درجه می باشد. از طرفی هر قدر درصد بازشدگی شبکه آبگیر افزایش یابد، نسبت دبی انحرافی نیز افزایش می یابد. همچنین تغییرات ضریب شدت جریان در حالت های مختلف نسبت به عدد فرود، شیب و درصد بازشدگی بررسی شد که با توجه به نمودارهای بدست آمده مشخص شد که افزایش عدد فرود و درصد بازشدگی شبکه آبگیر، باعث کاهش ضریب تخلیه جریان می گردد.

در تقاطع­­های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال­های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حائز اهمیت می­باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می­باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه­سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه­سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال­­های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قائم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به­طوری­که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

در پژوهش حاضر مشخصه های هیدرولیکی جریان از جمله سرعت، فشار جریان و اندیس کاویتاسیون در دبی های مختلف ورودی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D بررسی شده است. نتایج نشان داد که با عبور جریان از روی سرریز اوجی سرعت در مسیر جریان افزایش یافته و در قسمت شوت این افزایش با شیب ملایمی به روند خود ادامه می دهد. به دلیل شیب تند قسمت تندآب، حداکثر مقدار سرعت جریان در این قسمت رخ داده و نهایتاً با ورود به قسمت حوضچه آرامش انرژی دینامیکی جریان مستهلک و به انرژی پتانسیل تبدیل می‏شود. مقادیر فشار جریان در راستای طولی سرریز نشان داد که مقدار این پارامتر با حرکت از بالادست به پائین دست به‏دلیل افزایش سرعت جریان، کاهش می یابد و بیشترین کاهش در قسمت انتهایی تندآب رخ می دهد. بیشترین مقدار سرعت جریان به ازای دبی های ورودی 300 (دبی مینیمم طراحی)، 830 (دبی سیلاب 10000) و 2270 (حداکثر دبی محتمل) مترمکعب بر ثانیه برابر با 25/34، 80/41 و 90/44 متر بر ثانیه بوده که در قسمت انتهایی تندآب به دست آمد. همچنین کمترین مقدار فشار جریان به ازای دبی های مذکور به ترتیب برابر 23/1، 52/1 و 9/5-کیلو پاسکال به دست آمد. بررسی اندیس کاویتاسیون بر روی کف مجرا نشان داد که کف مجرای سرریز به ازای تمامی دبی های ورودی در قسمت تندآب با وقوع پدیده کاویتاسیون مواجه می گردد. بررسی اندیس کاویتاسیون بر روی دیواره های جانبی نشان داد که دیواره های قسمت های سرریز اوجی، سرریز شوت و بخش های ابتدایی تندآب از وقوع پدیده کاویتاسیون در امان هستند. این درحالی است که اندیس کاویتاسیون در قسمت های انتهایی تندآب به کم تر از مقدار بحرانی 2/0 کاهش می یابد. بنابراین، برای اجتناب از وقوع پدیده مخرب کاویتاسیون در این ناحیه، روش هوادهی از کف و دیواره‏های مجرا توصیه می‏شود.

بررسی و کنترل وقوع کاویتاسیون بر سرریز تنداب سدهای بزرگ، غالبا با طراحی و ساخت مدل این سرریزها در شرایط آزمایشگاهی انجام می شود. بر این اساس، مدل آزمایشگاهی سرریز سد داریان در موسسه تحقیقات آب ایران ساخته شد. در پژوهش حاضر، برای کنترل نتایج آزمایشگاهی و عملکرد هواده در مدل عددی بر مبنای احتمال خرابی، از روش قابلیت اطمینان FORM استفاده شد. بدین منظور و برای مقایسه عملکرد هوادهی جریان با رمپ و ترکیب رمپ و داکت هواده، مدل سازی با نرم افزار Flow-3D در 3 حالت بدون هواده، هواده به صورت رمپ و هواده به صورت ترکیب رمپ و داکت هواده انجام شد. نتایج نشان داد احتمال وقوع کاویتاسیون بر سرریز بدون هواده، بیشتر از 33 درصد خواهد بود و استفاده از هواده برای کاهش سرعت جریان و افزایش فشار وارد بر کف تنداب ضروری است. نصب هواده به صورت ترکیب رمپ و داکت هواده، احتمال وقوع کاویتاسیون را بسیار کاهش داد و مقدار آن به حدود 4 درصد رسید؛ این در حالی است که احتمال خرابی در صورت هوادهی فقط با رمپ به میزان 10 درصد بود؛ بنابراین، باید داکت های هواده نصب شود و از این طریق، کاهش احتمال خرابی تحقق یابد.