شبیه سازی عددی جریان غیردائم دوفازی اطراف دو استوانه دایره‌ای کنارهم و انتخاب مدل آشفتگی بر اساس فرکانس تشکیل گردابه
محورهای موضوعی : برگرفته از پایان نامهابوالفضل اصلانی کردکندی 1 , میثم بیاتی 2 , فریدون وفایی 3 , عارف فرهنگ مهر 4
1 - گروه فنی و مهندسی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران.
2 - کارشناس ارشد سازه های دریایی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران .
3 - دانشیار سازه های دریایی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.
4 - کارشناس ارشد سازه های دریایی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران.
کلید واژه: الگوی جریان, آشفتگی, گردابه, استوانه کنار هم, حجم سیال,
چکیده مقاله :
چکیده
مقدمه: امروزه آبشستگی یکی از مسائل مهم در مهندسی رودخانه و همچنین مهندسی سواحل میباشد. آبشستگی نوعی فرسایش است که در اثر جریان آب در اطراف پایهها به وجود می‌آید. بر اساس نتایج تحقیقات انجام شده، تخریب اکثر پل‌هایی که در رودخانه‌ها بنا شده‌اند به علت آبشستگی بوده است. برای تعیین عمق آبشستگی در مجاورت پایه نیاز به شناخت کافی این پدیده و الگوی جریان اطراف آن بوده تا با توجه به آن، روش مناسب برای تخمین عمق آبشستگی، مشخص گردد.
روش: در پژوهش حاضر به موضوع الگو و رفتار جریان اطراف دو استوانه کنار هم با فواصل مختلف در قالب یک مطالعه عددی پرداخته شده است. محاسبات عددی بر روی مش‌های مربعی که در نزدیکی استوانه‌ها به منظور تأمین لایه مرزی ریزتر و به تدریج در فواصل دورتر درشت‌تر شده‌اند انجام شده است. در این مدلسازی دو فازی آب و هوا برای لحاظ نمودن اثر سطح آزاد، از روش حجم سیال (VOF) استفاده شده است. در این مدلسازی بر اساس فرکانس تشکیل گردابه و عدد استروهال مدل آشفتگی و اندازه مش بندی مناسب انتخاب شده است. پس از انتخاب مدل آشفتگی مناسب ( مدل RNG k-ε) به بررسی مقادیر سرعت، مقادیر آشفتگی و تنش‌برشی بستر و مقایسهی آن با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شد.
یافته ها: مقایسه نتایج نشان میدهد که مطابقت خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی وجود دارد. نتایج نشان میدهد که با کم شدن فاصله بین استوانه‌ها مقادیر سرعت در مرکز استوانه افزایش پیدا کرده که بیشترین مقدار سرعت در G/D (نسبت فاصله لبههای داخلی دو پایه به قطر پایه) برابر 5/1 اتفاق افتاده است در حالی‌که برای فواصل 5/1> G/D مقدار سرعت به دلیل حبس شدگی جریان کاهش پیدا کرده است. در حالت دو استوانه کنار هم مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی بیشتر از مقادیر نزدیک بستر است که نشان دهنده تأثیر بیشتر گردابه‌ها بر مقادیر آشفتگی میباشد. درحالی‌که در حالت تک استوانه مقادیر آشفتگی نزدیک بستر بیشتر از مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی میباشد. که می‌تواند نشان دهنده تأثیر بیشتر بستر بر مقادیر آشفتگی باشد.
نتیجه گیری: به لحاظ کمی و کیفی نتایج شبیه سازی عددی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد. در حالت دو استوانه کنار هم مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی بیشتر از مقادیر نزدیک بستر است (بیشتر در قسمت کنارهها و پایین دست پایهها)که نشان دهنده تأثیر بیشتر گردابه‌ها بر مقادیر آشفتگی میباشد.
Abstract
Introduction: Nowadays, scouring is one of the important issues in river engineering as well as coastal engineering. Based on the results of the investigations, the destruction of most of the bridges built in the rivers is due to scouring around piers. For this reason, it has been the subject of many researches conducted in recent years. Investigation of the flow pattern around the piers gives a more accurate understanding and vision for scouring prediction.
Methods: The flow pattern around two side-by-side circular cylinder with various gaps are investigated numerically in current study. The numerical calculations are carried out on quadrilateral mesh which is finer close to the cylinders vicinity in order to provide better description of boundary layer and gradually become coarser further places. In term of simulation of the free surface effect, the volume of fluid (VOF) method used. In this simulation based on the frequency of vortex shedding and Strouhal number. After selecting appropriate turbulence model (RNG k - ε) the value of velocity, turbulence and bed shear stress reported.
Findings: The results show that by reducing the gap between two cylinders, the velocity in middle of cylinders increases and the maximum velocity observed in G/D=1.5 while for smaller gaps (G/D<1.5) the velocity decreases due to blockage. In case of two side-by-side cylinders turbulence intensity in the middle of channel is higher than in bed which represent the significant impact of vortices. However, in case of single cylinder turbulence intensity in the bed of channel is higher than those of in middle which represent the significant impact of bed on turbulence intensity.