مقایسه‌ی شبیه‌های مختلف آشفتگی به منظور شبیه‌سازی مناسب جریانهای چگال در مجاورت محل کاهش شیب بستر

الموضوعات :

نادر برهمند ¹ , سید رضا موسوی ²

1 - استادیار گروه مهندسی عمران ‌دانشگاه ‌آزاد ‌اسلامی واحد لارستان، لارستان، ایران
2 - دانشچوی کارشناسی ارشد سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران دانشگاه ‌آزاد ‌اسلامی، واحد یاسوج ، یاسوج، ایران

تاريخ الإرسال : 10 الإثنين , ذو القعدة, 1434 تاريخ التأكيد : 10 الإثنين , ذو القعدة, 1434 تاريخ الإصدار : 09 الخميس , جمادى الأولى, 1434

الکلمات المفتاحية: جریان چگال, شکست شیب بستر, شبیه‌سازی عددی, نیمرخ قائم سرعت, نیمرخ قائم غلظت,

ملخص المقالة :

جریان­های چگال، به دلیل وجود تفاوت جرم حجمی مابین دو سیال، و یا مابین لایه‌های یک سیال، ایجاد می‌گردند. در این تحقیق با استفاده از یک شبیه عددی (نرم‌افزار پویای سیالات محاسباتی FLUENT) اقدام به شبیه‌سازی جریانهای چگال شور عبوری از روی یک بستر حاوی ناپیوستگی شیب گردید. گفتنی است که از نتایج آزمایشگاهی مطالعات گارسیا (1993) به منظور واسنجی و اعتبارسنجی نتایج محاسباتی کمک گرفته شد. معلوم گردید که استفاده از شبیه آشفتگی (از نوع RNG)، و شبکه‌ای با ابعاد بهینه، به خوبی می‌تواند ویژگیهای جریان چگال شور را با توجه به مسأله‌ی شکست شیب شبیه‌سازی نماید. این مطلب در مورد نیمرخهای قائم سرعت و غلظت موضعی (در مقاطع فوق و زیربحرانی پیش و پس از پرش چگال)، ضخامت جریان چگال، رخدادن پرش چگال، مقدار بیشترین سرعت موضعی و ارتفاع متناظر با این سرعت صادق می‌باشد. ضمناً، نتایج عددی جهت شبیه‌سازی ضخامت جریان چگال شور (در ناحیه زیربحرانی پس از پرش، و نیز در ناحیه پرش، بویژه در ناحیه‌ی فوق‌بحرانی پیش از پرش) نشان داد که علاوه بر شبیه آشفتگی  از نوع RNG، شبیه آشفتگی  از نوع معیار نیز سازگاری نسبتاً مناسبی را با نتایج آزمایشگاهی از خود نشان می‌دهد. در این تحقیق، موقعیت بیشترین سرعت در ناحیه‌ی فوق‌بحرانی جریان چگال شور نسبت به ناحیه زیربحرانی به بستر، نزدیکتر بود. همچنین، استفاده از شبیه آشفتگی از نوع RNG منجر به نیمرخهای دقیقتری از سرعتهای موضعی نسبت به نیمرخهای قائم غلظتهای موضعی گردید. علاوه بر این، به علت محدودیت در عمق آب تمیز محیطی، یک جریان برگشتی در نتایج شبیه عددی مشاهده گردید. نهایتا، با افزایش شیب قسمت ابتدایی بستر، علاوه بر انتقال موقعیت پرش چگال به پایین‌دست جریان، مقدار اختلاط سیال محیطی با جریان فوق‌بحرانی پیش از پرش نیز در مقایسه‌ی با سایر قسمتهای جریان چگال افزایش بیشتری می‌یافت.

المصادر:

1 .صفایی اردکـانی، ا.، ح. افشـین، و ب. فیروزآبـادی. 1386 .

بررسی تجربی ساختار جریان چگال سه بعـدی. ششـمین

کنفـرانس هیـدرولیک ایـران. دانشـگاه شـهرکرد. 13-15

شهریور.

2 .فیروزآبـــادی، ب.، س.م.ر. موســـوی حکمتـــی و س.ع.

حسینی. 1384 .بررسی تجربی رسوبگذاری دو بعدی و سه

بعـدی مغشـوش. پنجمـین کنفـرانس هیـدرولیک ایـران.

دانشگاه شهید باهنر کرمان. 7-19 آبان ماه.

3. Alavian, V. 1986. Behavior of density

currents on an incline. J. Hydraul. Eng.

112: 27–42.

4. Altinakar, M.S., W.H. Graf, and E.J.

Hopfinger. 1996. Flow structure in

turbidity currents. J. Hydraul. Res. 34:

713–718.

5. Aram, E., and B. Firoozabadi. 2007.

Numerical simulation and experimental

investigation of 3-dimensional confined

density currents. Int. J. Dynamics of

Fluids. 3: 45-62.

6. Choi, S.U., and M.H. Garcia. 2002.

k - e turbulence modeling of density

currents developing two dimensionally on

a slope. J. Hydraul. Eng. 128: 55-63.

7. Eidsvik, K.J. and B. Brørs. 1989. Selfaccelerated turbidity current prediction

based upon ( k - e ) turbulence. Cont. Shelf

Res. 9: 617–627.

8. Farrel, G.J., and H. Stefan. 1988.

Mathematical modeling of plunging

reservoir flows. J. Hydraul. Res. 26: 525–

537.

9. Firoozabadi, B., B. Farhanieh, and M. Rad.


10. The Propagation of turbulent density

currents on sloping bed. J. Scientia of

Iranica. 8: 223–235.

10. Firoozabadi, B., B. Farhanieh, and M. Rad.


11. Hydrodynamics of two-dimensional,

laminar turbid density currents. J. Hydraul.

Res. 41: 623-630.

11. Forel, F.A. 1892. The´orie du ravin souslacustre. Le le´man, Vol. 1, F. Rouge,

Lausanne, Switzerland, 381–386.

12. Garcia, M.H. 1993. Hydraulic jumps in

sediment-driven bottom currents. J.

Hydraul. Eng. 119: 1094-1117.

13. Hartel, C., E. Meiburg, and F. Necker.


14. Analysis and direct numerical

simulation of the flow at a gravity-current

head. Part 1. Flow topology and front

speed for slip and no-slip boundaries, J.

Fluid Mech. 418: 189–212

14. Huang, H., J. Imran, and C. Primez. 2005.

Numerical model of turbidity currents with

a deforming bottom boundary. J. Hydraul.

Eng. 131: 283-293.

15. Imran, J., A. Kassem, and S.M. Khan.


16. Three-dimensional modeling of

density current. I. Flow in straight confined

and unconfined channels. J. Hydraul. Res.

42: 578–590.

16. Kostic, S. and G. Parker. 2006. The

response of turbidity currents to a canyonfan transition: internal hydraulic jumps and

depositional signatures. J. Hydraul. Res.

44: 631-653.

17. Lambert, A., and F. Giovanoli. 1988.

Records of riverborne turbidity currents

and indications of slope failures in the

Rhone Delta of Lake Geneva. Limnology

and Oceanography. 33(3).

18. Launder, B., and B. Sharma. 1974.

Application of the energy-dissipation

model of turbulence to the calculation of

flow near a spinning disc. Letters in Heat

Mass Transfer. 1: 131–138.

19. Lee, H.Y., and W.S. Yu. 1997.

Experimental study of reservoir turbidity

current. J. Hydraul. Eng. 123: 520–528.

20. Mehdizadeh, A., and B. Firoozabadi. 2009.

Simulation of a density current turbulent

flow employing different RANS models: A

comparison study. Scientia Iranica,

Transaction B: Mechanical Engineering

16: 53-63.

21. Parker, G., Y. Fukushima, and H.M.

Pantin. 1986. Self-accelerating turbidity

currents. J. Fluid Mech. 171: 145–181.

22. Simpson, J.E. 1987. Gravity currents in the

environment and the laboratory. Ellis

Harwood, Chi Chester, U.K.

23. Skene, K.I., T. Mulder, and J.P.M.

Syvitski. 1997. INFLO1: A model

predicting the behaviour of turbidity

currents generated at river mouths.

Comput. Geosci. 23: 975– 991.

24. Stacey, M.W., and A.J. Bowen. 1988a. The

vertical structure of density and turbidity

currents: theory and observations. J.

Geophys. Res. 93(C3): 3528–3542.

25. Stacey, M.W., and A.J. Bowen. 1988b.

The vertical structure of turbidity currents

and a necessary condition for selfmaintenance. J. Geophys. Res. 93(C3):

3543–3553.

26. Toniolo, H., and G. Parker. 2003. 1D

numerical modeling of reservoir

sedimentation. Proc., IAHR Symposium on

River, Coastal and Estuarine

Morphodynamics. Barcelona, Spain. 457-

468.

27. User’s guide manual of FLUENT software,

version 5.0. 1998. Incorporated, Lebanon,

N.H.