بررسی اثر قدرت لایه‌بندی حرارتی بر بازده اختلاط مصنوعی در مخازن سدها

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 استادیار دانشکده مهندسی عمران،‌ تقاطع میرداماد و ولیعصر، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

چکیده

پدیده‌های لایه‌بندی و اختلاط در مخزن سد می‌توانند پارامترهای کیفی آب را در طول سال در تراز‌های مختلف آبگیری به مقدار زیادی تحت‌الشعاع قرار دهند. یک روش مرسوم برای از بین بردن لایه‌بندی و ایجاد اختلاط در مخزن، هوادهی به بدنه آبی از کف مخزن می‌باشد. در صورت طراحی صحیح سیستم هواده با توجه به قدرت لایه‌بندی می‌توان بازده فرایند را تا حد امکان افزایش داد. در این پژوهش از یک مدل تجاری کاملاً سه‌بعدی دینامیک سیالات محاسباتی (Fluent) برای مطالعه اختلاط مصنوعی لایه‌بندی حرارتی در یک مخزن آزمایشگاهی استفاده شده است. زیربرنامه‌هایی به منظور حل دقیق مسأله مورد بررسی، تحت عنوان توابع UDF به کد اصلی نرم‌افزار اضافه گردیدند. بر اساس نتایج حاصل شده از مدل عددی، قدرت لایه‌بندی عامل تعیین کننده‌ای در میزان انرژی لازم برای اختلاط کامل در مخزن می‌باشد. همچنین با بررسی اختلاط در دو مخزن با قدرت لایه‌بندی برابر، مشخص گردید که با کاهش میزان هوای تزریق شده به سیستم، میزان کم‌تری از انرژی ورودی به سیستم طی آشفتگی اضمحلال می‌یابد و در نتیجه آن، بازده اختلاط مصنوعی افزایش پیدا خواهد کرد. با توجه به نتایج پژوهش حاضر توصیه می‌شود طراحی سیستم هواده به گونه‌ای باشد که عدد پلوم در محدوده بیش از 400 قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


توحیدی، ح. (1377). "تحقیق در رابطه با عوامل موثر در تغییرات کیفی آب مخزن سد طرق و ارائه بهینه کردن آب دریاچه"، کمیته تحقیقات کاربردی شرکت آب منطقه ای خراسان رضوی (وزارت نیرو).

سعیدی، پ.، مهردادی، ن.، آقاشاهی، م. و افضلی، ل. (۱۳۹۱). "شبیه‌سازی دو بعدی رژیم حرارتی مخزن سد شهید رجایی"، ششمین همایش ملی مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران، دانشکده محیط زیست.

سلیمانی، ش.، بزرگ حداد، ا. و سعادت پور، م. (۱۳۹۴). "شبیه‌سازی لایه بندی حرارتی و تعیین رقوم دریچه آبگیری مخزن سد کرخه با استفاده از مدل دو بعدی  CE-QUAL-W2"، دومین همایش یافته‌های نوین در محیط‌زیست و اکوسیستم‌های کشاورزی، دانشگاه تهران، پژوهشکده انرژی‌های نو و محیط زیست.

کیانوش، ب. (1394). "استفاده از روش عددی حجم محدود جهت مدل­سازی سه بعدی اختلاط مصنوعی در مخازن سدها با لایه­بندی حرارتی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب (هیدرولیک)، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی.

Armengol, J., Crespo, M., Morgui, J. A., and Vidal, A. (1987). "Phosphorus budget and forms of phosphoros in the Sau Reservoir sediment: an interpretion of the limnological record". In Paleolimnology IV (pp. 331-336). Springer Netherlands.

Asaeda, T., and Imberger, J. (1993). "Structure of bubble plumes in linearly stratified environments". Journal of Fluid Mechanics, 249, pp. 35-57.

Cloete, S. W. P., et al. (2013). "A numerical modelling investigation into design variables influencing mixing efficiency in full scale gas stirred ladles". Minerals Engineering 46, pp. 16-24.

Etemad-Shahidi, A., Faghihi, M., and Imberger, J. (2010). "Modelling thermal stratification and artificial de-stratification using DYRESM", Case Study: 15-Khordad Reservoir.

FLUENT, "ANSYS FLUENT Theory Guide," (2013).

Ford. D. E., and Thornton, K.W. (1979). "Time and length scales for the one-dimensional assumption and its relation to ecological models". Water Resources Res., 15(1), pp. 113-120.

Mcdougall, T. J. (1978). "Bubble plumes in stratified environments". Journal of Fluid Mechanics, 85(04), pp. 655-672.

Olsen, J. E., and Popescu, M. (2012, December). "On the effect of lift forces in bubble plumes". In proceedings of Ninth International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries.

Reynolds, C.S. (1992). "Daynamics, selection and composition of phytoplankton in relation to vertical structure in lakes". Arch Hidrobiol. Beih Ergbn. Limnologie, 35, pp. 13-31.

 

Sherman, B. (2000). Scoping options for mitigating cold water discharges from dams, Canberra, CSIRO Land and Water.

Soga, C. and C. Rehmann (2004). "Dissipation of turbulent kinetic energy near a bubble plume". Journal of Hydraulic Engineering 130(5), pp. 441-449.

Yum, K., Kim, S. H., and Park, H. (2008). "Effects of plume spacing and flowrate on destratification efficiency of air diffusers". Water Research, 42(13), pp. 3249-3262.