شبیه سازی مشخصات جریان روی سرریز نیمه استوانه ای با استفاده از نرم افزار عددی Ansys CFX

الموضوعات :

حجت کرمی ¹ , سعید فرزین ² , علی حیدری ³ , خسرو حسینی ⁴

1 - استادیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
2 - استادیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
3 - دانشجوی فارغ التحصیل مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان
4 - دانشیار گروه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده ی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

تاريخ الإرسال : 22 الأربعاء , جمادى الأولى, 1437 تاريخ التأكيد : 08 السبت , جمادى الثانية, 1439 تاريخ الإصدار : 03 الإثنين , صفر, 1439

الکلمات المفتاحية: ضریب بده, سرریز نیمه استوانه‌ای, Ansys CFX, شبیه سازیهای آشفتگی, شبیهسازی حجم سیال,

ملخص المقالة :

سرریزها از مهمترین و پر کاربردترین وسایل اندازه‌گیری شدت ‌جریان در نهرهای باز می­باشند و در بسیاری از مطالعات در زمینه‌ی مهندسی آب مورد استفاده قرار می­گیرند. مزیت سرریزهای نیمه استوانه‌ای و تاج دایره‌ای نسبت به سایر سازه‌های مهارکننده و اندازه‌گیری، ضریب تخلیه‌ی بالاتر، الگوی جریان پایدار، راحتی عبور اجسام معلق در آب، سهولت در طراحی، اجرا و در نهایت هزینه‌های پایین‌تر می­باشد. در این تحقیق با استفاده از شبیه‌سازی  Ansys CFX وضعیت جریان در مورد سه نمونه ی آزمایشگاهی، سـرریز نیمه استوانه‌ای مـورد شبیه­سازی و تحلیل قرار گرفت. سطح آزاد جریان، توزیع فشار و تأثیر بار هیدرولیکی بالادست و قطر سرریز بر ضریب بده مربوط به این سرریز­ها بررسی شد. شبیه‌های آشفتگی k-ω، K-ε و k-ε RNG در این شبیه‌سازی بهره‌وری گردید، و نتایج آن با نمونه آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج حاصل از شبیه‌سازی در این تحقیق نشان دادند که به ازای شعاع‌های 4، 6 و 7 سانتی­متر مقدار ضریب بده در محدوده ی 2/1 تا 4/1 به دست می‌آید. همچنین، به ازای افزایش شعاع، مقدار ضریب بده افزایش داشت. محل ایجاد کمترین فشار بر روی سرریز به ازای افزایش بده نیز به سمت بالادست حرکت می­کند که با سایر مطالعات قبلی هماهنگی داشت.

المصادر:

1)       اسماعیلی، ک.، نقوی، ب.، کوروش وحید، ف.، یزدی، ج. 1389. مدل‌سازی عددی و آزمایشگاهی الگوی جریان در سرریزهای استوانه‌ای. نشریه آب‌ وخاک (علوم و صنایع کشاورزی) 24(1): 166-179.

2)       اژدری مقدم، م.، حیدری، ح.، جعفر طباطبایی، ب. ۱۳۹۰. بررسی عدد فرود جریان در ورودی حوضچه آرامش در سرریزهای منحنی پیوند با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D. ششمین کنگره ملی مهندسی عمران. دانشگاه سمنان.

3)       حیدر پور، م.، افضلی مهر، ح.، خرمی، ا. 1381. کاربرد تابع جریان اطراف سیلندر دایره‌ای شکل در سرریزهای تاج دایره‌ای. علوم فنون کشاورزی و منابع طبیعی 6(3):51-60.

4)       عباسپور، ا. 1394. تحلیل جریان بر روی سرریز استوانه‌ای به روش تابع جریان و مدل عددی. پایان­نامه کارشناسی ارشد. دانشکده علوم کشاورزی. دانشگاه تبریز.

5)       علیزاده صنمی، ف.، مسعودیان، م.، صانعی، م. 1395. بررسی تغییرات افت کارمایه جریان عبوری از سرریز- دریچه نیم استوانه‌ای با چرخش حول مرکز. مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک 23(2):291-299.

6)       محمودیان شوشتری، م. 1388. اصول جریان در مجاری باز. جلد 2. انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز 

7)       ورجاوند، پ. فرسادی زاده، د. خسروی نیا، پ. رفیعی، ز. 1389. شبیه‌سازی جریان در سرریزهای

 

استوانه‌ای با Fluent و مقایسه نتایج با مدل فیزیکی. مجله دانش آب‌ و خاک 20(2): 59-69.

8)       هنر، ت. مظلوم شهرکی، ص. 1393.  تحلیل ضریب دبی سرریزهای جانبی استوانه‌ای و نیمه­استوانه­ای در جریان­های زیر بحرانی.مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی. علوم آب و خاک 18(69): 141-150.

9)        Abdul-latif, T., and Abdul-Mohsen, M. 2010. Calibrating the discharge coefficient of semicircular crested weir Eng. and Tech. Journal 28:631-644.

10)    Bagheri, S., and Heidarpour, M. 2010. Application of free vortex theory to estimating discharge coefficient for sharp-crested weirs. Journal of Biosystems Engineering 105(3):423-427.

11)    Bos, M. G. 1976. Discharge measurement structures. International Institute for Land Reclamation and Improvement/ LIRI Wageningen. The Netherlands 20:107- 126.

12)    Chanson, H. 1996. Some hydraulic aspects during overflow above inflatable flexible membrane dam. Rep. CH47/96, Dept. of Civ. Engrg., University of Queensland, Australia, May.

13)    Chanson, H., and Montes, J. S. 1998. Overflow characteristics of circular weirs: Effects of inflow condition. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 124: 152-162.

14)    Chen, Q. Dai, G., and Liu, H. 2002. Volume of fluid for turbulence numerical simulation of stepped spillway overflow.J of Hydraulic Eng. 128:  683- 688.

15)    Dargahi, B. 2004. Experimental study and 3D numerical simulations for a free over flow spillway. Hydraul Engin. ASCE. 132: 899- 907.

16)    Fawer, C. 1937. Etude de Quelques Ecoulements Permanents a Filets Courbes (Study of some steady flows with curved streamlines) Thesis. Lausanne, Switzerland. Imprimerie La Concorde (in French).

17)    Hirt, C. W., and Nichols, B. D. 1981. Volume of fluid (Vof) method for the dynamics of free boundaries. J. Comput. Phys. 39: 201–225.

18)    Kabiri-Samani, A. R., and Bagheri. S. 2014. Discharge coefficient of circular-crested weirs based on a combination of flow around a cylinder and circulation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 140:1-6.

19)    Parsaie, A., Haghiabi, A. H., Saneie, M., and Torabi, H. 2017. Predication of discharge coefficient of cylindrical weir-gate using adaptive neuro fuzzy inference systems (ANFIS). Frontiers of Structural and Civil Engineering 11: 111-122.

20)    Ramamurthy, A. S., and Vo, N. D. 1993. Characteristics of circular– crested weir flow. Journal of Applied Mechanics ASCE 114:61-73.

21)    Rehbok, T. 1929. The River hydraulic laboratory of the technical University of Karlsruhe. In Hydraulic laboratory practice (ASME, New York, USA) pp: 111-242.

22)    Sarginson, E. J. 1972. The influence of surface tension on weir flow. J. Hydr Res. Delft. The Netherlands 10: 431-446.

23)    sturm, T. W. 2001. Open channel hydraulics. McGraw-Hill book Company, New York.

24)    Yuce, M. I., Al-Babely, A. A., and Al-Dabbagh, M. A. 2015. Flow simulation over oblique cylindrical weirs. Canadian Journal of Civil Engineering 42: 389-407.