شبیه‌سازی عددی آب‌شکن متخلخل با استفاده از نرم‌افزار Flow3D

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانکشده فنی و مهندسی، دانشگاه حکیم سبزواری

2 دانشگاه ازاد اسلامی واحد مشهد

3 دانشگاه آزاد مشهد

چکیده

در این پژوهش، تأثیر احداث تک آبشکن متخلخل بر پارامترهای هیدرولیکی جریان در کانال باز با استفاده از مدل عددی به کمک کالیبراسیون مدل غیرخطی فورشهایمر بررسی شده است. شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‌افزار Flow3D و برای شبیه‌سازی جریان آشفته از مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. بدین منظور آبشکن متخلخل با مشخصات مختلف، شبیه‌سازی و با انجام آنالیز حساسیت، ضرایب مناسب موردنیاز در معادله فورشهایمر تعیین شد. بر اساس آنالیز حساسیت و مقایسه نتایج با نتایج مدل فیزیکی مشخص گردید اغلب پارامترهای جریان، حساسیت زیادی نسبت به ضریب جمله غیرخطی مدل فورشهایمر دارند و در برخی موارد مدل با اعدادی خارج از محدوده پیشنهادی نرم‌افزار، کالیبره گردید. بررسی‌ها نشان داد، افزایش تخلخل موجب کاهش قابل توجه سرعت جریان و کوچک شدن محدوده اثر مقدار بیشینه این پارامتر می‌گردد. نتایج این تحقیق نشان داد افزایش تخلخل آبشکن، موجب کاهش ارتفاع آب در بالادست آبشکن و افزایش ارتفاع در پایین‌دست آبشکن می‌شود. همچنین مشاهده گردید افزایش تخلخل از مقدار بیشینه سرعت کاسته و طول اثر آن را کاهش و نیز کمینه سرعت را افزایش خواهد داد.

کلیدواژه‌ها


اردشیری، م.ا.؛ صانعی، م. و رضایی، ز. (1392) "بررسی آزمایشگاهی اثر طول و فاصله آبشکن نفوذپذیر و غیرمستغرق بر تغییرات دبی آبگیر با زاویه 90 درجه". هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، زاهدان.

اسدی، م. و زمردیان، س.م.ع. (1392). "شبیه‌سازی عددی الگوی جریان متلاطم و آبشستگی موضعی بستر در اطراف سری آبشکن قائم و زاویه داربا مدل عددی Flow3D". پایان نامه کارشناسی ارشد رشته سازه­های آبی. دانشگاه شیراز.

اهدایی، پ. و کاشفی پور، س.م. (1394). "بررسی آزمایشگاهی اثر زاویه و نفوذپذیری تک آبشکن بر روی ابعاد چاله آبشستگی در شرایط غیر مستغرق"، علوم و مهندسی آبیاری، 38 (4).

 خسروی مشیزی، م. قدسیان، م. و واقفی، م. (1393). "بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن T شکل مستغرق در قوس 90 درجه". پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران-گرایش هیدرولیک. دانشگاه تربیت مدرس تهران.

عبدالهی درگاه، ص.؛ کریمی، پ.؛ اختری، ع.ا. و حسینی، س.ا. (1393). "برسی عددی اثر نفوذپذیری آبشکن بر میدان سرعت و تنش برشی در قوس 90 درجه با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت". اولین کنگره ملی مهندسی ساخت و ارزیابی پروژه­های عمرانی، گرگان.

Ahmed, M., (1951). “Spacing and Projection of Spurs for Bank Protection” Vol. 46, Part I, London.

Azinfar, H., and Kells, J. A. (2008). “Backwater prediction due to the blockage caused by a single, submerged spur dike in an open channel”. Journal of Hydraulic Engineering, 134(8), 1153-1157.

Fei-Yong, C., and Ikeda, S. (1997). “Horizontal separation flows in shallow open channels with spur dikes”. Journal of Hydroscience and hydraulic Engineering, 15(2), 15-30.

Duan, J. G. (2009). “Mean flow and turbulence around a laboratory spur dike”. Journal of Hydraulic Engineering, 135(10), 803-811.

Hirt, C. W., and Nichols, B. (1988). Flow-3D User’s Manual. Flow Science Inc, 107.

Kang, J., Yeo, H., Kim, S., and Ji, U. (2011). “Permeability effects of single groin on flow characteristics”. Journal of Hydraulic Research, 49(6), 728-735.

Michioku, K., Nanjo, M., Haneda, M., Kanda, K., and Li, Z. (2013). “Hydrodynamics and hydromorphology of river structures constructed by natural materials”. In Proc. 6th Intnl. Conf. Water Resources and Environment Research, Water & Environment Dynamics.

Miller, R., Roulund, A., Sumer, B. M., Fredsøe, J., Truelsen, C., and Michelsen, J. (2003). “3-D numerical modelling of flow around a groin”. In 30th International Association of Hydraulic Engineering and Research Congress (IAHR) (pp. 385-392). AUTh.

Peng, J., Kawahara, Y., and Tamai, N. (1996). “Numerical analysis of three-dimensional turbulent flows around submerged groins”. In Managing Water: Coping with Scarcity and Abundance (pp. 244-249). ASCE.

Rajaratnam, N., and Nwachukwu, B. A. (1983). “Flow near groin-like structures”. Journal of Hydraulic Engineering, 109(3), 463-480.

Rajaratnam, N., and Nwachukwu, B. A. (1983). “Erosion near groyne-like structures”. Journal of hydraulic Research, 21(4), 277-287.

Soliman, M. M., Attia, K. M., Talaat, A. M., and Ahmed, A. F. (1996). “Spur dike effects on the river Nile morphology after high Aswan dam”. In Managing Water: Coping with Scarcity and Abundance (pp. 805-810). ASCE.

Tingsanchali, T., and Maheswaran, S. (1990). “2-D depth-averaged flow computation near groyne”. Journal of Hydraulic Engineering, 116(1), 71-86.

Tominaga, A., Ijima, K., and Nakano, Y. (2001). “Flow structures around submerged spur dikes with various relative height”. In Proceedings of the Congress-International Association for Hydraulic Research (pp. 421-427).

Uijttewaal, W. S. J., Lehmann, D. V., and Mazijk, A. V. (2001). “Exchange processes between a river and its groyne fields: Model experiments”. Journal of Hydraulic Engineering, 127(11), 928-936.

Uijttewaal, W. S. (2005). “Effects of groyne layout on the flow in groyne fields: Laboratory experiments”. Journal of Hydraulic Engineering, 131(9), 782-791.