بررسی عددی مشخصات جریان در سازه های انحراف واقع در دیوار جانبی کانال باز
چکیده
سازه های انحراف واقع در دیواره ی جانبی کانال باز به منظور انحراف جریان از کانال اصلی مورد استفاده قرار می-گیرند. سرریز های جانبی، روزنه های جانبی و دریچه های تخلیه جانبی از جمله سازه های انحراف جریان محسوب می شوند که دارای کاربرد گسترده ای درسد ها، شبکه های آبیاری، زهکشی و سیستم های فاضلاب شهری هستند. در این پایان نامه به منظور بررسی الگو و مشخصات جریان عبوری از سازه های انحراف جریان، شبیه سازی عددی میدان جریان عبوری از سرریز جانبی مستطیلی لبه تیز و روزنه ی جانبی مستطیلی لبه تیز با استفاده از نرم افزارflow-3d انجام شده است. مدل آشفتگی rng به منظور بستن معادلات ناویراستوکس و روش vof برای مدل سازی تغییرات پروفیل سطح آزاد بکار رفته است. در تحقیق حاضر پس از صحت سنجی نتایج مربوط به توزیع مولفه های مختلف سرعت و زاویه ی جت خروجی در مجاورت سرریز جانبی مستطیلی لبه تیز در ارتفاع های مختلف از تاج سرریز با داده های آزمایشگاهی باقری و حیدرپور (2012)، به بررسی اثرات عدد فرود بالادست و ارتفاع تاج سرریز جانبی بر الگو و مشخصات جریان در اطراف سرریز جانبی در کانال اصلی پرداخته می شود. توزیع مولفه های مختلف سرعت در راستای ارتفاع جریان در روی وسط تاج سرریز نشان می دهد با کاهش عدد فرود بالادست، توزیع سرعت طولی در راستای ارتفاع بخصوص در نزدیک تاج سرریز غیر یکنواخت تر می شود. برای اعداد فرود متفاوت، سرعت جانبی تا ارتفاع معینی از روی تاج سرریز افزایش می یابد و سپس با افزایش ارتفاع و نزدیک شدن به سطح آزاد جریان مقدارآن کاهش می یابد. با افزایش عدد فرود، ماکزیمم سرعت جانبی در ارتفاع بالاتری نسبت به تاج سرریز جانبی رخ می دهد. ماکزیمم سرعت قائم برای عدد فرود های متفاوت، در نزدیکی تاج سرریز رخ می دهد و با افزایش ارتفاع و نزدیک شدن به سطح آزاد جریان سرعت قائم به تدریج کاهش می یابد. با کاهش عدد فرود بالادست، سرعت قائم در نزدیکی سطح آزاد جریان به دلیل حرکت جریان به سمت پایین منفی می باشد. در خصوص سطح آزاد جریان در مجاورت سرریز جانبی با افزایش عدد فرود بالادست، عمق سطح آب در انتهای مجاورت سرریز جانبی دچار تغییرات شدیدی می شود. همچنین با افزایش عدد فرود، زاویه انحراف جت خروجی جریان در طول سرریز جانبی افزایش می یابد. اثرات تغییرات ارتفاع تاج سرریز جانبی در این مطالعه نشان می دهد میزان حداکثر پایین افتادگی سطح آب در طول سرریز نسبت به عمق آب بالادست برای سرریز های جانبی با ارتفاع تاج 10، 15 و20 سانتی متر، به ترتیب 12، 11 و 7 درصد است. با کاهش ارتفاع تاج سرریز ابعاد ناحیه جدا شدگی در اطراف سرریز جانبی در نزدیکی بستر کانال اصلی، در مقطع طولی و عرضی کانال اصلی به ترتیب افزایش و کاهش می یابد و به سمت پایین دست سرریز جانبی منتقل می شود. با کاهش ارتفاع تاج سرریز، زاویه انحراف جت خروجی جریان در طول سرریز جانبی کاهش می یابد. در ادامه ی پایان نامه نتایج دبی عبوری از روزنه-ی جانبی مستطیلی لبه تیز و الگوی جریان در اطراف آن در مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی حسین و همکاران (2011) مورد مقایسه قرار می گیرد و سپس اثر عدد فرود بالادست بر توزیع مولفه های مختلف سرعت و سطح آزاد جریان در مجاورت روزنه ی جانبی مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد در مدل های شبیه سازی شده با اعداد فرود متفاوت، ماکزیمم و مینیمم سرعت طولی به ترتیب در ابتدا و انتهای روزنه ی جانبی رخ می دهد. با افزایش عدد فرود بالادست سرعت طولی ماکزیمم کاهش و سرعت طولی مینیمم افزایش می یابد. باکاهش عدد فرود، ماکزیمم سرعت جانبی در طول روزنه افزایش می یابد، که نشان می دهد با کاهش عدد فرود دبی عبوری از روزنه افزایش می یابد. در حالت عدد فرود پایین که عمق جریان بیشتر است، تغییرات سطح آزاد جریان ناچیز می-باشد. اما با افزایش عدد فرود، تغییرات قابل توجهی در سطح آزاد جریان در اطراف روزنه ی جانبی رخ می دهد