تحلیل دو و سه بعدی جریان‏ فوق بحرانی در خم‏ها

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 گروه عمران دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد، بلوار وکیل آباد، مشهد،

2 عضو هیئت علمی دانشکده عمران دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

چکیده: جریان فوق بحرانی در کانال‏های افقی با خم 90 درجه‏ و مقطع مستطیلی به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی می‌شود. نسبت شعاع انحناء به عرض کانال (rc/b) در محدوده 50/1 تا 83/4 و عدد فرود جریان ورودی به خم Fr0 بین 82/1 تا 18/6 قرار دارد. در شبیه‏سازی دو بعدی از مدل عددی Roe2D و برای مدل‏سازی سه بعدی از نرم‏افزار Flow3D استفاده شده است. مدل‏ سه بعدی به خوبی قادر به شبیه‏سازی رفتار جریان فوق بحرانی در خم است اما مدل دو بـعدی که از حل معــادلات آب‏های کم‏عمـق به دست آمده است، برای مقادیر 3 > Fr0 دقت قابـل قبولی دارد. با افزایش عدد فرود جریان ورودی به خم، خطای این مدل بیشتر می‏شود. با مقایسه توزیع فشارهای هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک و همچنین مؤلفه قائم شتاب در خم ثابت می‌شود که فرض اساسی معادلات آب‏های کم‏عمق یعنی توزیع فشار هیدرواستاتیک که در نتیجه آن از اثر شتاب قائم ذرات آب صرفنظر می‏شود، تأثـیر زیادی در خطای برآورد رفتارجریان به خصوص در اعداد فرود بالا دارد.

کلیدواژه‌ها


Alamatian, E. and Jaefarzadeh, M.R. (2010). Evaluation of turbulence models in the simulation of oblique standing shock waves in supercritical channel flows. Sharif Journal of Sciene and Technology, 28(1), 17-27. (in Persian)
Beltrami, G.M., Del Guzzo, A. and Repetto, R. (2007). A simple method to regularize supercritical flow profiles in bends. Journal of Hydraulic Research, 45(6), 773-786.
Brown, K. and Crookston B. (2016). Investigating supercritical flows in curved open channels with three-dimensional numerical modeling. Hydraulic Structures and Water System Management. 6th IAHR International Symposium on Hydraulic Structures, Portland, , 230-239.
Chaudry, M.H. (2008). Open-Channel Flow. Springer.
Chow, V.T. (1986). Open channel hydraulics. McMillan Inc., New York.
Ferziger, J.H. and Peric, M. (2001). Computational methods for fluid dynamics. Springer.
Flow Science Inc. (2017). FLOW-3D® Version 11.0 User’s Manual. Santa Fe, NM, USA.
Ghaeini-Hessaroeyeh, M. and Tahershamsi, A. (2009). Analytical model of supercritical flow in rectangular chute bends. Journal of Hydraulic Research, 47(5), 566-573.
Ghazanfari-Hashemi, R.S., Montazeri-Namin, M., Ghaeini-Hessaroeyeh, M. and Fadaei-Kermani, E. (2019). A numerical study on three-dimensionality and turbulence in supercritical bend flow. International Journal of Civil Engineering, 18, 381-391.
Huang, X. and Wang, Q. (2018). Numerical models and theoretical analysis of supercritical bend flow. Journal of Water Science and Engineering, 11(4), 338-343.
Ippen, A.T. and Knapp, R.T. (1936). A study of high velocity flow in curved channels of rectangular cross section. Transactions American Geophysical Union, 17, 516-521.
Jaefarzadeh, M.R., Shamkhalchian, A.R. and Jomehzadeh, M. (2012). Supercritical flow profile improvement by means of a convex corner at a bend inlet. Journal of Hydraulic Research, 50(6), 623-630.
von Kàrman, T. (1938). Eine praktische anwendung der analogic zwischen überschallströmung in gasen und überkritischer strömung in offenen gerinnen. Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik, 18, 49-56. (in German)
Julien, P.Y. (2002). River mechanics. Cambridge University Press, England.
Knapp, R.T. (1951). Design of channel curves for supercritical flow. Hydrodynamics Laboratory Publication, No. 99, ASCE, New York, 296-325.
Knapp, R.T. and Ippen, A.T. (1938). Curvilinear flows of liquids with free surfaces at velocities above that of wave propagation. Proceedings of the 5th International Congress of Applied Mechanics, John Wiley and Sons, Inc., New York.
Marchi, E. (1988). Correnti veloci in curva a 90° molto strette. Idrotecnica, 6, 439-455. (in Italian)
Poggi, B. (1956). Correnti veloci nei canali in curva. L’energia Elettrica, 33(5), 465-480. (in Italian)
Rakotoarivelo, W. and Sananes, F. (1967). Etude de l'ecoulement supercritique dans un canal dont la section est en forme de U. Proceedings, 12th International Association of Hydraulic Research Congress, 1 (A38), 1-7. (in French)
Reinauer, R. and Hager, H. (1997). Supercritical bend flow. Journal of Hydraulic Engineering, 123 (3), 208-218.
Sananes, F. and Acatay, T. (1962). Contribution a l'etude des ecoulements supercritiques dans des canaux coudes. Comptes Rendus de l'Academie des Sciences, Paris, France, 255, 471-473. (in French)
Shamkhalchian, A.R. and Jaefarzadeh, M.R. (2011). Numerical modeling of supercritical waves in bends with the finite volume method of Roe-TVD and appraisal of analytical assumptions. Amirkabir Journal of Scientific Research, 43(1), 43-50. (in Persian)
Toro, E. (2001). Shock capturing methods for free surface shallow flows. John Wiley and Sons, LTD. Chichester, New York.
Valiani, A. and Caleffi, V. (2005). Brief analysis of shallow water equations suitability to numerically simulate supercritical flow in sharp bends. Journal of Hydraulic Engineering, 131(10), 912-916.