Simulation of hydraulic jump on bed with gravel roughness using FLOW- 3D software

محورهای موضوعی : Methods and computer models of climate science

ناهید پورعبدالله ¹ , تورج هنر ² , شهاب انصاری ³

1 -
2 -
3 -

تاریخ دریافت : 1400/04/03 تاریخ پذیرش : 1400/08/08 تاریخ انتشار : 1400/08/08

کلید واژه: hydraulic jump, پرش هیدرولیکی, water surface profile, Flow-3D, Gravel roughness, پروفیل سطح آب, زبری سنگ‎ریزه‌ای,

چکیده مقاله :

Hydraulic jump control in open channels to reduce energy and damage to downstream constructions has always been a topic of researchers’ interests. One of the most important cases in this field is the build of various types of stilling basin considering economic factors and ease of construction. For this reason, jump simulations are often performed before deciding to construct a stilling basin to predict jump behavior in different conditions. One of the new methods of jump control in channels is the construction of a stilling basin with gravel roughness. Therefore, in this research, jump simulation on a non-sloped bed with gravel roughness in the initial Froude numbers of 4.9 to 7.8 and four different roughness’s diameters of zero, 1, 4 and 10 mm was performed using FLOW-3D software and results were compared with experimental results. Results showed that the maximum and minimum errors in estimating the initial depth were determined on the bed without roughness and with diameter roughness of 4 mm and the highest and lowest errors in estimating the sequent depth were determined on the bed with diameter roughness of 4 mm and the bed without roughness, respectively. Moreover, the highest and lowest errors in estimating the jump length occurred in the bed with a diameter roughness of 4 mm and the bed without roughness, respectively.

چکیده انگلیسی:

کنترل پرش هیدرولیکی در کانال­های روباز به منظور کاهش انرژی و خسارات وارده بر ابنیه پایین­دست همواره از موضوعات مورد توجه محققین بوده است. یکی از مهم­ترین موارد در این زمینه ساخت انواع حوضچه آرامش با در نظر گرفتن عوامل اقتصادی و سهولت احداث می­باشد. به همین خاطر اغلب قبل از تصمیم­گیری برای احداث حوضچه، شبیه­سازی جهت پیش­بینی رفتار پرش در حالات مختلف انجام می­گردد. یکی از روش­های جدید کنترل پرش در کانال­ها، احداث حوضچه آرامش با زبری سنگ‎ریزه­ای است. لذا در این تحقیق شبیه­سازی پرش بر روی بستر بدون شیب و با زبری سنگ‎ریزه­ای در اعداد فرود اولیه 9/4 تا 8/7، در چهار زبری متفاوت صفر، 1، 4 و 10 میلی‎متر با نرم­افزار FLOW-3D انجام شد. در ادامه نتایج با داده­های آزمایشگاهی مقایسه گردیدند. براساس نتایج بدست آمده، بیش‎ترین و کم‎ترین خطا در تخمین عمق اولیه به ترتیب در بستر بدون زبری و با زبری 4 میلی‎متر و بیش‎ترین و کم‎ترین خطا در تخمین عمق ثانویه به ترتیب در بستر با زبری 4 میلی‎متر و بستر بدون زبری تعیین گردید. همچنین نتایج نشان داد بیش‎ترین و کم‎ترین خطا در تخمین طول پرش به ترتیب در بستر با زبری 4 میلی‎متر و بستر بدون زبری رخ داده است.

منابع و مأخذ:

صابری، ا.، مه‎پیکر، م. ر. و تیمورتاش، ع. ر. (1398). بررسی آزمایشگاهی و شبیه‎سازی عددی پرش هیدرولیکی دایروی روی صفحه مقعر. مهندسی مکانیک مدرس، دوره 20، شماره 2، ص 328-321.

عباس‎پور. ا.، فرسادی‎زاده، د.، حسین‎زاده‎دلیر، ع. و صدرالدینی، س. ع. (1389). شبیه‎سازی عددی پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با مدل FLUENT. دانش آب و خاک، دوره 20، شماره 2، ص 96-83.  

Beirami, M.K. and Chamani, M.R. (2006). Hydraulic jump in sloping channel: Sequent Depth Ratio. Journal of Hydraulic Engineering, 132 (10), pp: 1061-1068.

Gonzalez, A. and Bombardelli, F. (2005). Two-Phase flow theory and numerical models for hydraulic jumps, including air entrainment. Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference. pp: 28-29.

Gunal, M. and Narayanan, R. (1998). K-ε turbulence modeling of submerged hydraulic jump using boundary-fitted coordinates. Proceedings of the ICE-Water, Maritime and Energy, 130 (2), pp: 104-114.

Hughes, W.C. and Flake, J.E. (1983). Hydraulic jump properties over a rough bed. Journal of Hydraulic Engineering, 110 (12), pp: 1755-1771.

Mccorquodale, J.A. (1994). Hydraulic jump on adverse slope. Journal of Hydraulic Research, 32 (1), pp: 119-130.

Mohamed Ali, H.S. (1991). Effect of roughened-bed stilling basin on length of rectangular hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering, 117 (1), pp: 83-93.

Pagliara, S. (2000). Limiting and sill-controlled adverse-slope hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering, 126 (11), pp: 847-851.

Sabbagh-Yazdi, S.R., Rostami, F. and Mastorakis, N.E. (2007). Turbulent modeling effects on finite volume solution of three dimensional aerated hydraulic jumps using volume of fluid. Proceedings of the 12^th WSEAS International Conference on Applied Mathematics. Stevens Point, Wisconsin, USA. pp: 168-174.

Sarker, M.A. and Rhodes, D.G. (2002). Physical modeling and CFD applied to hydraulic jump. Cranfield University Report.

Unami, K., Kawachi, T., Munir, B.M. and Itagaki, H. (2000). Estimate of diffusion and convection coefficients in an aerated hydraulic jump. Advances in Water Resources, 23 (4), pp: 475-481.

Wang, J. and Liu, R. (2000). A comparative study of finite volume methods on unstructured mashes for simulation of 2D shallow water wave problems. Mathematics and Computers in Simulation, 53 (5), pp: 171-184.

Yoo, M., Chen, Y. and Zhou, Q. (2000). Case study of an s-shape spillway using physical and numerical models. Journal of Hydraulic Engineering, 132 (9), pp: 892-898.

Zhao, Q. and Misra, S.K. (2004). Numerical study of a turbulent hydraulic jump. 17th ASCE Engineering mechanics Conference, 13-16 June 2004, University of Delaware, Newark, DE.