شبیه سازی الگوی جریان اطراف آبشکن در قوس 90 درجه با استفاده از نرم افزار sms
چکیده
توسعه و پیشرفت کامپیوترها در سه دهه ی اخیر سبب گرایش محققین و دانشمندان به استفاده از این تکنولوژی در حل معادلات مربوط به علوم سیالات شده است. به دلیل هزینه ی زیاد و زمانبر بودن مطالعات تجربی در زمینه ی آب و طراحی سازه های آبی، روش های تجربی به مرور زمان جای خود را به مطالعات عددی خواهند داد. از جمله تحقیقاتی که توجه محققین را به خود جلب کرده، بررسی الگوی جریان اطراف آبشکن ها هستند. آبشکن ها با هدایت جریان به سمت محور رودخانه، باعث تغییر در الگوی جریان و رسوب شده و نقش بسزایی را در حفاظت از کناره ها ایفا می کنند. این موضوع در قوس رودخانه اهمیت بیشتری پیدا می کند؛ چرا که با توجه به اثر جریان های ثانویه در قوس، میزان فرسایش و محدوده آن افزایش می یابد. در این تحقیق با استفاده از مدل feswms در محیط نرم افزار sms که بر پایه ی معادلات پیوستگی و مومنتم دو بعدی استوار است، به بررسی الگوی جریان اطراف سری های آبشکن در قوس 90 درجه پرداخته شده است و نتایج توزیع سرعت متوسط عمقی، سطح آب و تنش برشی مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفته است. شبیه سازی ها مربوط به آزمایشات تجربی در یک فلوم قوسی 90 درجه، با r/b=4 و عرض 70 سانتی متر، دبی جریان 30 لیتر بر ثانیه و سطح آب ورودی 14 سانتی متر، انجام شده است. طول سری آبشکن های مورد استفاده، 5/10، 14 و5/17 سانتی متر که به ترتیب 15، 20 و 25 درصد عرض کانال را پوشش می دهند، و در سه زاویه ی قرارگیری 60، 90 و 120 درجه نسبت به راستای جریان مورد شبیه سازی قرار گرفتند. نتایج بدست آمده حاکی از عملکرد قابل قبول مدل عددی feswms در شبیه سازی جریان در قوس 90 درجه با حضور سری های آبشکن بود و گردابه های تشکیل شده در اطراف آبشکن ها به خوبی مدل سازی می کند. البته این مدل عددی در نواحی اطراف آبشکن، خطای محاسباتی بیشتری نسبت به سایر مناطق قوس در نتایج سرعت متوسط از خود نشان داد. نتایج نشان داد، بیشترین بیشینه ی سرعت و تنش در آبشکن های 25 درصد 90 درجه بدست آمده و کمترین بیشینه سرعت و تنش، در آبشکن های 15 درصد 120 درجه بدست آمده که این نتایج با واقعیت همخوانی دارد. نتایج حاصل از سطح آب نیز نشان داد، بیشترین میزان افت سطح آب در هر زاویه ی قرارگیری در آبشکن های 25 درصدکه تنگ شدگی بیشتری بر مسیر جریان تحمیل کرده اند، بدست آمده است و کمترین میزان افت سطح آب در سری آبشکن های 15 درصد مشاهده گردید.