شبیه‌سازی دو بعدی جریان دو حالتی بر روی سرریزهای پلکانی
محورهای موضوعی : برگرفته از پایان نامهامین گلزار 1 , مهناز قائینی حصاروئیه 2
1 - دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی، دانشکده تحصیلات تکمیلی، دانشگاه آزاد اسلامی‌کرمان
2 - استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان
کلید واژه: سرریز پلکانی, جریان دوحالتی, نرم‌افزار فلوئنت, شبیه عددی, شبیه مخلوط,
چکیده مقاله :
برای کاهش آثار زیانبار عبور جریان از روی سرریزها تمهیدات گوناگونی وجود دارند که یکی از آنها استفاده از سرریزهای پلکانی جهت کاهش کارمایه‌ی جریان می‌باشد. این موضوع در توجیه اقتصادی طرح اثر داشته و موجب کاهش هزینه‌ها خواهد شد. در این تحقیق سطح آزاد و الگوی جریان دو حالتی عبوری از روی سرریز پلکانی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت و بهره‌گیری از شبیه مخلوط و شبیه آشفتگی معیار، شبیه‌سازی گردیده است. برای صحت‌سنجی شبیه عددی، از نتایج توزیع غلظت هوای موجود در آب، و سرعت با چند بده‌ی مختلف متعلق به شبیه آزمایشگاهی آزمایشگاه هیدرولیک در دانشگاه آلبرتا، که به‌وسیله‌ی دکتر چمنی انجام گردیده، استفاده شده است. نتایج به‌دست آمده از شبیه‌سازی عددی در تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی می‌باشند. نیمرخهای غلظت منجر به یک توزیع شبه پلکانی غلظت شد و تاثیرات بده بر شکل نیمرخهای سرعت مورد مقایسه قرارگرفتند. نتایج نشان دادند که با افزایش بده‌ی ورودی جریان، نیمرخهای سرعت پهن شده و گسترش بیشتری پیدا می‌کنند، و ارتفاع جریان و بیشترین سرعت جریان افزایش می‌یابند؛ که در نتیجه، استهلاک جریان کاستی می‌پذیرد.
Different measures may be taken into account in order to reduce the destructive effects of flow over spillways, one of which is the application of stepped spillways in an attempt to dissipate the flow energy. This method also influences the economic justification of the project and reduces the costs. The present study simulated the free surface and the two-phase flow patterns over the stepped spillway employing the Fluent software, and adopting the mixture model as well as the standard K – ε turbulence model. The numerical model verification was conducted utilizing the data of air concentration distribution in water, and the velocity at different discharge rates collected in experiments performed by Chamani utilizing a physical model at Hydraulic Laboratory conducted at the University of Alberta. The numerical simulation results and experimental data were in good agreement. Concentration profiles led to a stair like distribution of the concentration, and the discharge effects on the shapes of velocity profiles were comparable. The results showed that as the inlet discharge increased, velocity profiles widened and spread more, and flow height and maximum flow velocity rose, which in turn reduced the flow dissipation
4. Boes, R.M., and W.H. Hager. 2003. Twophase flow characteristics of stepped
spillways. J. hydraul. Eng ASCE,129: 661-
670.
5. Chamani, M.R.1997. Skimming flow in a
large model of stepped spillway. Ph.D.
Thesis. Water Resources Engineering,
Department of Civil Engineering
.Edmonton Alberta.
6. Chanson, H. 2008. Turbulent air–water
flows in hydraulic structures: dynamic
similarity and scale effects. Environ. Fluid.
Mech. DOI 0.1007/s10652-008-9078-3.
7. Cheng, X., Y. Chen, and Luol. 2005.
Numerical simulation of air-water twophase flow over stepped spillwaysScience
in China Series E: Technological Sciences
49:674 – 684.
8. Fluent User’s Guide, Fluent 6.3.26 .
Copyright 2006 Fluent Inc.
9. Rice, C. and K. Kadavy. 1996. Model
study of a roller compacted concrete
stepped spillway, J. Hydraul. Eng.
122:292-297.
10. Sanchez, M., E. Blade, and J.
DolzPressures. 2007. on stepped spillway.
J. Hydrayl. Res., 45:505-511.
11. Tabbara, M., J. Chatila, and R. Awwad.
2005. Computational simulation of flow
over stepped spillways. J. Comput. Struc.
83:2215-2224.
12. Zhong Dong, Q., H. Xiaoqing, H. Wqnxin,
and A. Antonio. 2009. Numerical
simulation and analysis of water flow over
stepped spillways. Science in China Series
E: Technological Sciences. 52: 1958-1965.