ارزیابی مدل flow3d در تحلیل خصوصیات هیدرولیکی سرریز لبه پهن مرکب مستطیلی
چکیده
شکل دهانه سرریزهای لبه پهن مرکب، ترکیبی از دو نوع سرریز ساده می باشد، که علاوه بر سادگی در ساخت، ازنظر کارایی هیدرولیکی نیز مورد توجه بوده است.از مهمترین امتیازات سرریزهای مرکب این است که در جریان های کم در مقایسه با سرریزهای ساده دیگر بار هیدرولیکی بیشتری را در بالادست سرریز ایجاد نموده و اندازه گیری دبی جریان را با حساسیت بیشتری انجام می دهد. در جریان های زیاد، مقطع بالایی سرریز مانع از افزایش زیاد سطح آب بالادست سرریز و برگشت آب گردیده و اندازه گیری دبی های زیاد را با دقت قابل قبول امکان پذیر می سازد. در پژوهش حاضر، خصوصیات هیدرولیکی جریان روی یک سرریز لبه پهن مرکب مستطیلی با استفاده از روش عددی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نخست، اقدام به ساخت یک مدل فیزیکی از این سرریز با ابعاد معین شد و آزمایشات مربوطه با استفاده ازیک فلوم با ابعاد طول، عرض و ارتفاع به ترتیب برابر با 10× 0/83× 0/5 متر در محدوده ی دبی 118-24 لیتر بر ثانیه انجام گرفت. ابتدا، میدان جریان سه بعدی روی سرریز با استفاده از نرم افزار flow3d و با استفاده از مدل آشفتگی rng استاندارد، شبیه سازی شد. با توجه به مدل مورد استفاده، از روش احجام محدود برای حل معادلات ناویر-استوکس متوسط گیری شده زمانی و برای محاسبه سطح آزاد از روش حجم سیال (vof) استفاده گردید. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان دادکه این مدل قابلیت پیش بینی الگوی سه بعدی جریان روی سرریز مورد مطالعه را با دقت مناسب دارد. بنابراین، با تغییر در ابعاد سازه، به بررسی تأثیر تغییر هندسه سازه بر پارامترهای هیدرولیکی ازجمله ضریب دبی، ضریب سرعت و آستانه استغراق به صورت عددی پرداخته شد. برای این منظور تغییرات ضریب دبی، ضریب سرعت و آستانه استغراق نسبت به پارامترهای بدون بعد h1/l و yf/h1 ، که پارامترهای موثر در سرریز لبه پهن مرکب محسوب می شوند، حاصل از مدل عددی به صورت نمودارهایی ترسیم شد. با توجه به نموداهای ضریب دبی و ضریب سرعت با yf/h1 مشخص شد که در یکyf/h1 ثابت، با افزایش عرض قسمت مرکزی و ارتفاع دهانه سرریز، ضریب دبی و ضریب سرعت نیز روند افزایشی دارند. نمودار تغییرات آستانه استغراق با پارامتر بدون بعد h1/l نشان داد که در مقادیر h1/l کوچکتر از 0/45، تغییر هندسه تأثیری روی آستانه استغراق نداشته و محدوده آستانه استغراق بین 76-60 درصد می باشد.