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
محورهای موضوعی : برگرفته از پایان نامهاسمعیل 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.
کلید واژه: بستر موجدار, پرش آبی, روش VOF, شبیههای آشفتگی, فلوئنت, عمق پایاب,
چکیده مقاله :
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.
The hydraulic jump is one of the most important topics In the field of open channel flow, which has been extensively investigated. When a flow condition changes from a supercritical to a subcritical regime, the result is an abrupt rise in the water surface level accompanied by turbulent rollers. This phenomenon is called a hydraulic jump.Many researches have shown that the corrugated beds caused the conjugate depth and length of the hydraulic jump are reduced as compared to those of smooth beds. In this study, a 2D numerical simulation of hydraulic jump on a triangular corrugated bed was simulated using various turbulence models (Standard and RNG k – model and (SST) model) and Fluent software. Also, the free surface was determined, using the VOF method. Hydraulic jump was simulated in a rectangular channel with a triangular corrugated bed, using various Froude numbers within a range of 3-7.5. The numerical results showed that the turbulence model and the VOF method were suitable for predicting the free surface profiles of hydraulic jumps on triangular corrugated beds. The relative error of the predicted free surface profiles and measured value were within a range of 3%- 7%. Also, the results confirmed that on everage, the tailwater depth on triangular corrugated beds was 34.8% less than that of smooth beds under similar hydraulic conditions. The numerical model indicated that as the distance from jump’s toe is increased, the turbulent kinematic energy (K) is reduce; Moreover the maximum value of bed shear stress was obtained on jump’s toe.