شبیه سازی عددی الگوی جریان متلاطم و آبشستگی موضعی بستر در اطراف سری آبشکن های قائم و زاویه دار با مدل عددی flow-3d
چکیده
بررسی خصوصیات و رفتار جریان در رودخانه ها وسازه های مرتبط با آن از پدیده های پیچیده است که استفاده از نرم افزار را امری اجتناب ناپذیر می نماید. در ابتدا از نتایج مدل آزمایشگاهی ارائه شده توسط دوان و همکاران (2009) در آزمایشگاه مینیسوتا آمریکا برای صحت سنجی نرم افزار flow-3d و مقایسه نتایج عددی شبیه سازی شده استفاده شده است. در این مقاله ابتدا آبشکن قائم جهت صحت سنجی نتایج مورد بررسی قرار گرفته است و در ادامه آبشکن مایل با زوایای 60 و 30 درجه نسبت به جهت جریان مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی ها بانرم افزار flow-3d، به مدت650 ثانیه و با استفاده از مدل های آشفتگی (k-?،rng،les)انجام شد. با مقایسه مدل های مختلف آشفتگی و نتایج آزمایشگاهی، حداکثر عمق آبشستگی در نوک آبشکن با زاویه 90 درجه در شرایط آزمایشگاه 82/8 سانتی متر و با استفاده از نرم افزار flow-3d ، حداکثر عمق آبشستگی در مدل های آشفتگی k-?،rng،lesبه ترتیب 1/9 ، 9/8 و 1/9 حاصل گردید که مدل آشفتگی rng تقریبا با 1 درصد خطا، نسبت به دو مدل آشفتگی k-? و les مطابقت بهتری را نشان می دهد. همچنین در شبیه سازی مربوط به آبشکن 60 و 30 درجه حداکثر عمق آبشستگی در نوک آبشکن ها به ترتیب 75/8 و 5/6 سانتی متر است. در ادامه به شبیه سازی عددی جریان متلاطم و آبشستگی موضعی بستر در اطراف سری آبشکن با حل معادلات سه بعدی ناویر استوکس و معادلات انتقال رسوب با استفاده از نرم افزار flow-3d پرداخته شده است. آبشکن ها در دو موقعیت 30 و 90 درجه نسبت به جهت جریان قرار گرفته و دبی جریان 35 لیتر بر ثانیه و عمق جریان 20 سانتی متر و قطر ذرات رسوب 85/0 میلی متر می باشد. از مدلهای آشفتگی (k-?) و گروه نرمال شده (rng) و شبیه سازی گردابه های بزرگ (les) در شبیه سازی سرعت جریان و حداکثر عمق آبشستگی در اطراف سری آبشکن ها با شرایط آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است. آنالیز حساسیت بر روی اندازه مش بندی انجام شده و نتایج نشان می دهد که در شبیه سازی با مش بندی بزرگ مدل آشفتگی les هم از نظر پروفیل چاله آبشستگی و هم از لحاظ حداکثر عمق آبشستگی با نتایج آزمایشگاهی مطابقت نزدیک داشته و خطایی در حدود 5 درصد می باشد. ولی با کوچک نمودن اندازه مش ها، مدل آشفتگی rng در تعیین حداکثر عمق آبشستگی و همچنین پروفیل چاله آبشستگی مدل دقیقتر و مناسبتری معرفی شده است و دارای خطایی در حدود 1 درصد می باشد