کاربرد شبیه آشفتگی مرسوم و روش جزء حجم سیال (VOF) در پیش بینی نیمرخهای سطح آب در پرش آبی بر روی بسترهای موجدار سه گوشه ای

الموضوعات :

اسمعیل حیدری فهونده ¹ , نادر برهمند ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد سازه‌های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران
2 - استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران.

تاريخ الإرسال : 20 السبت , رمضان, 1437 تاريخ التأكيد : 20 السبت , رمضان, 1437 تاريخ الإصدار : 16 الثلاثاء , رمضان, 1437

الکلمات المفتاحية: بستر موجدار, پرش آبی, روش VOF, شبیه‌های آشفتگی, فلوئنت, عمق پایاب,

ملخص المقالة :

یکی از مهمترین پدیده­هایآبی در جریانهای نهرهای باز پرشآبی آبی می­باشد که به طرز گسترده ای مورد تحقیق قرار گرفته است. زمانی که حالت جریان از حالت فوق بحرانی به زیر بحرانی تغییر می­کند، در فاصله­ی کوتاهی از جریان، رقوم سطح آب افزایش می یابد، که این افزایش همراه با تشکیل غلطابهای آشفتگی می باشد. این پدیده، اصطلاحا پرش آبیآبی نامیده می شود. بررسی محققین نشان می­دهد که بسترهای موجدار و زبر در کاهش عمق ثانویه و طول پرش آبیآبی موثر می­باشند. در این تحقیق با استفاده از شبیه­های آشفتگی مختلف ( معیار و RNG) و  (از نوع SST) و با به کارگیری نرم افزار پویایی محاسباتی فلوئنت، پرش آبیآبی بر روی بستر موجدار مثلثی شکل به صورت دو بعدی شبیه سازی شد. ضمنا، سطح آزاد جریان با روش جزء حجم سیال VOF تعیین گردید. در شبیه سازی عددی، پرش ایجاد شده در یک نهر مستطیلی با بستر موجدار مثلثی و بلافاصله بعد از دریچه و در محدوده­ی اعداد فرود 3 تا 5/7 می­باشد. نتایج عددی نشان دادند که شبیه آشفتگی  مرسوم، و روش جزء حجم سیال VOF، برای پیش­بینی نیمرخهای سطح آب در پرش آبیآبی بر بستر موجدار مثلثی شکل مناسب بوده، و خطای مقادیر سطح آب به دست آمده از شبیه­­های عددی و اندازه­گیری شده مابین 3 تا 7 درصد است. نتایج همچنین نشان دادند که عمق پایاب روی بستر موجدار مثلثی شکل نسبت به بستر صاف (در شرایط آبی یکسان) بطور متوسط 8/34 درصد کوچکتر است. در این تحقیق مشاهده گردید که کارمایه­ی جنبشی اغتشاشی(K) با فاصله گرفتن از پنجه­ی پرش و به سمت پایین دست کاهش می­یافت. ضمنا بیشترین تنش برشی بستردر ابتدای پرش دیده شد.

المصادر:

1. ابریشمی، ج. و م. حسینی. 1385. هیدرولیک نهرهای باز. چ چهاردهم. انتشارات دانشگاه امام رضا (ع).


2. بدیع زادگان، ر. ک. اسماعیلی، م. فغور مغربی، و م. صانعی.1390. مشخصات پرش آبی در حوضچه های آرامش نهرهای آبیاری با بستر موجدار. نشریه آب و خاک. 25: 687-676.


3. برهمند، ن. و س­.ر. موسوی. 1392. مقایسه­ی شبیه­های مختلف آشفتگی به منظور شبیه سازی مناسب جریانهای چگال در مجاورت محل کاهش شیب بستر. مجله مهندسی منابع آب دوره 6 : 79-93.


4. پارسامهر، پ. ع. حسین زاده دلیر، د. فرسادیزاده، و ا. عباسپور.1391. پرش آبیهیدرولیکی بر روی بستر بازبریهای نیم استوانه ای شکل. نشریه آب وخاک. 26: 775.


5. عباسپور، ا. و س. هاشمی کیا. 1392. شبیه سازی عددی جریان بر روی سرریز استوانه ای با در نظر گرفتن مولفه­ی زبری با استفاده از شبیه معیار. مجله مهندسی منابع آب. 6. (18): 87-98.


6. غزالی، م. ح. صمدی بروجنی، ب. قربانی، و ر.ر. فتاحی نافچی. 1389. تاثیر بستر موجدار مثلثی بر مشخصات پرشآبی. مجله پژوهش آب ایران. سال 4: 108- 99.
   
   
   1. Abbaspour, A. A. Hosseinzadeh-Dalir, D. farsadizadeh, and A.A. Sadraddini, 2009. Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Appl. Sci.  9: 2045-2055.
   
   
   2. Belanger, J.B. 1828. Essay on numerical solution of some problems relative to Steady flow of water. Carilan-Goeury, Paris,France.
   
   
   3. Choudhury, D. 1993. Introduction to the renormalization group method and turbulence modeling.  FLUENT Inc. Technical Memorandum TM-107.
   
   
   4. Durbin, P.A. 1995. Separated low computations with model. AIAA J. 33: 659-664.
   
   
   5. Ead, S.A. and N. Rajaratnam, 2000. Turbulent open channel flow in circular corrugated culverts. J. Hydraul. Eng. 126: 750-757.
   
   
   6. Ead, S.A. and N. Rajaratnam, 2002. Hydraulic jumps on corrugated bed. J. Hydrau. Eng. ASCE. 128:656-663.
   
   
   7. Elsebaie, I.H. and Sh. Shabayek, 2010. Formation of hydraulic jumps on corrugated beds. civil & Environ. Eng. 10: 40- 45.
   
   
   8. Hirt, C.W. and B.D. Nichols, 1981. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. J. Comput. Phy. 39: 201–225. 
   
   
   9. Leutheusser, H.J. and E.J. Schiller, 1975. Hydraulic jump in a rough channel. Water Power Dam Constr.186-191.
   
   
   10. Parneix, S. P. Durbin, and M. Behnia, 1998. Computation of 3-D turbulent boundary layer using the model. Flow, Turbul. Combus, 60: 19-46.
   
   
   11. Rajaratnam, N. 1968. Hydraulic jump on rough bed. Trans.Eng. Lnst. Canada. 11:1-8.
   
   
   12. Shafai Bejestan, M. and K. Neisi, 2009. A new roughened bed hydraulic jump stilling basin. App. Sci. 2: 436-445.
   
   
   13. Tokyay, N.D. 2005. Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. Impacts of Global Climate Change Conference Proc. Paper, EwRI, Anchorage,Alaska, USA. 408-416.
   
   
   14. Versteeg, H. K. and W. Malalasekera, 1995. An introduction to computational fluid dynamics: The finite volume method. Longman Scientific & Technical. ISBN 0-582-21884-5.
   
   
   15. Zho, Q., and S.K. Misra, 2004. Numerical study of a turbulent hydraulic jump. Eng. Mech. Conf. University of Delaware, New york. 78-85.