بررسی و آنالیز عددی میزان تاثیر طول اختلاط در تحلیل جریان غلیظ با استفاده از انواع مدل های تلاطمی
محورهای موضوعی : Methods and computer models of climate scienceروزبه آقا مجیدی 1 , علی براتی 2 , امیر عباس کمانبدست 3
1 -
2 -
3 -
کلید واژه: جریان غلیظ, مدلهای آشفتگی, سرعت پیشانی, شدت اختلاط در بدنه,
چکیده مقاله :
جریان های غلیظ به طور کلی به دو دسته جریان های غلیظ پایدار(مانند جریان غلیظ نمکی) و جریان های غلیظ ناپایدار(مانند جریان غلیظ رسوبی یا جریان کدر) تقسیم بندی می شوند. رخداد این گونه از جریان ها در مخازن سدها باعث انتقال رسوبات به نزدیکی بدنه سد و ایجاد خطر برای تاسیسات و سازه های در نظر گرفته شده برای تامین اهداف سد می شود. یکی از این روش ها، خارج کردن رسوبات حاصل از جریان های سیلابی، با استفاده از دینامیک جریان غلیظ است. در این پژوهش، بررسی دینامیک جریان غلیظ با استفاده از نرم افزار Flow-3d مد نظر قرار گرفت. با توجه به اینکه در این نرم افزار شش مدل آشفتگی K-e(two-equation)، Laminar، Rng،One-equation، Eddy و Prandtl تعریف شده است؛ جهت بررسی تاثیر تغییرات شیب، دبی و غلظت بر سرعت پیشانی، پروفیل سرعت بدنه و همچنین شدت اختلاط در بدنه، برای هر کدام از مدل های ذکر شده 15 آزمایش در نرم افزار Flow-3d اجرا شد(برای مجموع شش مدل 90 اجرا صورت گرفت). سپس نتایج حاصل از مدل های آشفتگی با نتایج آزمایشگاهی جهت به دست آوردن مدل آشفتگی دقیق تر مقایسه شد و این نتیجه به دست آمد که مدل های آشفتگی آرام و آشفته بیشترین هماهنگی را با داده های آزمایشگاهی دارند و از بین این دو، مدل آشفتگی لامینار بر مدل آشفتگی Eddy ارجحیت دارد. بر اساس بررسی انجام شده ارتفاع بدنه، مدل RNG با خطای 50/27درصد، بیشترین اختلاف با داده های آزمایشگاهی را داشته و بقیه مدل ها خطای کمتر از 20 درصد داشتند. با افزایش غلظت و شیب، ارتفاع بدنه کاهش پیدا کرد و با افزایش دبی، ارتفاع بدنه افزایش می یابد.
جریانهای غلیظ به طور کلی به دو دسته جریانهای غلیظ پایدار(مانند جریان غلیظ نمکی) و جریانهای غلیظ ناپایدار(مانند جریان غلیظ رسوبی یا جریان کدر) تقسیمبندی میشوند. رخداد این گونه از جریانها در مخازن سدها باعث انتقال رسوبات به نزدیکی بدنه سد و ایجاد خطر برای تاسیسات و سازههای در نظر گرفته شده برای تامین اهداف سد میشود. یکی از این روشها، خارج کردن رسوبات حاصل از جریانهای سیلابی، با استفاده از دینامیک جریان غلیظ است. در این پژوهش، بررسی دینامیک جریان غلیظ با استفاده از نرمافزار Flow-3d مدنظر قرار گرفت. با توجه به اینکه در این نرمافزار شش مدل آشفتگی K-e(two-equation)، Laminar، Rng،One-equation، Eddy و Prandtl تعریف شده است؛ جهت بررسی تاثیر تغییرات شیب، دبی و غلظت بر سرعت پیشانی، پروفیل سرعت بدنه و همچنین شدت اختلاط در بدنه، برای هر کدام از مدلهای ذکر شده 15 آزمایش در نرمافزار Flow-3d اجرا شد(برای مجموع شش مدل 90 اجرا صورت گرفت). سپس نتایج حاصل از مدلهای آشفتگی با نتایج آزمایشگاهی جهت بهدست آوردن مدل آشفتگی دقیقتر مقایسه شد و این نتیجه بهدست آمد که مدلهای آشفتگی آرام و آشفته بیشترین هماهنگی را با دادههای آزمایشگاهی دارند و از بین این دو، مدل آشفتگی لامینار بر مدل آشفتگی Eddy ارجحیت دارد. بر اساس بررسی انجام شده ارتفاع بدنه، مدل RNG با خطای 50/27درصد، بیشترین اختلاف با دادههای آزمایشگاهی را داشته و بقیه مدلها خطای کمتر از 20 درصد داشتند. با افزایش غلظت و شیب، ارتفاع بدنه کاهش پیدا کرد و با افزایش دبی، ارتفاع بدنه افزایش مییابد.
ترابی پوده، ح. (1386). بررسی رفتار جریان غلیظ در همگرایی ها و واگرایی ها، رساله دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب ، اهواز ، ایران
کاهه، م. (1391). بررسی آزمایشگاهی دینامیک جریان غلیظ بر روی سطوح زبر، رساله دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب، اهواز، ایران
حقی آبی، ا. (1383). بررسی اثر شیب کف بر پروفیل سرعت جریان غلیظ، رساله دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب، اهواز ، ایران
کرم زاده، ش. (1383). بررسی آزمایشگاهی کشش آب ساکن در جریان های غلیظ، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی، اهواز، ایران
بهرامی، ح. (1388). بررسی تأثیر شکست شیب بر خصوصیات جریان غلیظ با استفاده از مدل فیزیکی، رساله دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی علوم آب، اهواز ، ایران
Brandt, S. A. (2000). A review of reserevior desiltation. International Journal of Sediment Research, 15, pp. 321-342.
Turner J. S. (1973). Buoyancy effects in fluids. Cambridge University Press, Cambridge, England. New York.
Ellison, T.H. and Turner, J.S. (1959). Turbulent Entrainment in Stratified Flow,Journal of Fluid Mechanics, 6) 3(, p: 423– 448.
Parker, G. And Toniolo, H. (2007). Note on the analysis of plunging of density flows, Journal of Hydraulic Engineering, 133( 6), pp: 690-694.
Ghomeshi, M. (1995). Reservoir Sedimentation Modelling. Ph.D. Thesis, University of Wollongong, Australia.
Parker G., Garcia M. and Fukushima Y. (1987). Experiments on turbidity currents over an erodible bed, J. Hydraul. Res, 25, pp:123–147.
Garcia, M.H. (1993). Hydraulic jumps in sediment-driven bottom currents, Journal of Hydraulic Engineering, 119( 10), pp: 1094–1117.
Buckee, C., Kneller, B. and Peakall, J. ( 2001). Turbulence structure in steady solute-driven gravity currents Blackwell Oxford pp, 173-188.
Garcia, M.H. And Parker, G. (1993). Experiments on the entrainment of sedimentinto suspension by a dense bottom current, Journal of Geophysical Research, 98( C3), pp: 4793-4807
Leeder, M.R., Gray, T.E. And Alexander, J. (2005). Sediment suspension dynamics and a new criterion for the maintenance of turbulent suspensions. Journal of Sedimentology, 52, pp: 683-691.
McCaffrey, W.D., Choux, C.M., Baas, J. H. and Haughton, P.D.W. (2003) Spatiotemporal evolution of velocity structure, concentration and grainsize stratification within experimental particulate gravity currents, Marine and Petroleum Geology 20 pp: 851- 860.
Baas, J.H., McCaffrey, W.D., Haughton, P.D.W. And Choux, C. (2005). Coupling between Suspended sediment distribution and turbulence structure in a laboratory turbidity current, Journal of Geophysics Research, 110, pp: 20-32.
Yu, W, S., Lee, H. Y. And Hsu, M. S. ( 2000). Experiments on deposition behavior of fine in a reservoir. Journal of Hydraulic Engineering, 126(12): pp: 912-920.
La Rocca, M., Adduce, C., Sciortino, G. And Pinzon, A. B. (2008). Experimental and numerical simulation of three-dimensional gravity currents on smooth and rough bottom, PHYSICS OF FLUIDS, 20( 10), pp:1063-1078.
