شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی در پایین دست بازشدگی ناگهانی با استفاده از نرم افزار flow-3d
چکیده
پرش هیدرولیکی از مباحث اساسی در هیدرولیک کانال های باز بوده که با توجه به اهمیت آن در طراحی هیدرولیکی سازه ها، تاکنون تحقیقات گسترده ای درباره آن انجام شده است. هرگاه عمق آب پایین دست بیشتر از عمق ثانویه پرش هیدرولیکی گردد، پرش هیدرولیکی به صورت مستغرق شکل می گیرد. با توجه به ماهیت سه بعدی پرش هیدرولیکی مستغرق، در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان این پدیده، پرش هیدرولیکی مستغرق در پایین دست یک بازشدگی ناگهانی کانال مستطیلی با استفاده از نرم افزار flow-3d به صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. مدل آشفتگی k-? rng به منظور بستن معادلات ناویر- استوکس و روش vof برای مدلسازی تغییرات پروفیل سطح آزاد بکار رفته است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت و طول غلتاب نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی مستغرق می باشد. در ادامه اثر عدد فرود، عمق پایاب و عرض مجرای ورودی بر الگوی جریان و مشخصات پرش هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج عددی با افزایش عدد فرود مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش و فاصله محل آغاز جریان چرخشی از ابتدای کانال افزایش یافته اما تراز سطح آزاد جریان کاهش می یابد. مقایسه مقادیر اتلاف نسبی انرژی پرش مورد مطالعه و پرش کلاسیک در هر عدد فرود نشان می دهد که مقدار اتلاف نسبی انرژی پرش مورد مطالعه بیشتر از مقدار اتلاف نسبی انرژی پرش کلاسیک است. با افزایش عمق پایاب طول و سطح ناحیه غلتاب قائم و نسبت استغراق افزایش یافته ولی مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش کاهش می یابد. با افزایش عرض مجرای ورودی مقدار اتلاف نسبی انرژی در طول پرش و سطح غلتاب افقی کاهش پیدا می کند. همچنین غلتاب های افقی بیشتر به سمت دیواره متمرکز می شوند. اما با افزایش عرض مجرای ورودی نسبت استغراق افزایش پیدا خواهد کرد.
