نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

مدل‌سازی عددی - آزمایشگاهی هیدرولیک جریان تحت تاثیر سازه بافل مرکزی در مجاری روباز با استفاده از نرم‌افزار OpenFOAM

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد
2 گروه مهندسی آب دانشگاه شهرکرد
3 گروه مهندسی عمران دانشگاه شهرکرد
4 گروه عمران، معدن و زمین شناسی، دانشکده پلی تکنیک، دانشگاه مونترال، کانادا
10.30482/jhyd.2026.578810.1761
چکیده
در این پژوهش، اثر انسداد ناشی از بافل مرکزی بر رفتار هیدرولیکی جریان در دو نوع کانال روباز با مقطع مستطیلی ساده و مرکب به‌صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. نوآوری این مطالعه در تحلیل هم‌زمان اثر هندسه مرکب کانال و حضور بافل مرکزی بر الگوی توزیع تنش برشی، هیدرولیک جریان و استهلاک انرژی، با استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی در نرم‌افزار OpenFOAM با استفاده از حلگر interFOAM و مدل آشفتگی k–ω SST است. نتایج نشان داد که ترکیب هندسه مرکب و بافل مرکزی موجب کاهش نیروی درگ و افزایش نرخ استهلاک انرژی نسبت به کانال ساده می‌شود. نرخ استهلاک انرژی در کانال مرکب حدود 75 درصد و در کانال ساده حدود 33 درصد برآورد شد که ناشی از هم‌افزایی هندسه مرکب و بافل در تولید گردابه‌های بزرگ‌ و تغییرات ناگهانی سرعت و فشار است. تحلیل پروفیل عمق و سرعت نشان داد که عمق اولیه در کانال مرکب حدود 14/0 متر و در کانال ساده حدود 13/0متر است و سازه بافل موجب ایجاد اتلاف هدفمند انرژی در ناحیه پس از خود می‌شود. همچنین در کانال مرکب، بازتوزیع تنش برشی و شکل‌گیری نواحی جریان کم‌سرعت در پایین‌دست سازه مشاهده شد که بیانگر کارایی بیشتر این آرایش در کنترل انرژی جریان است. مقایسه نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی نشان داد که مدل RANS به‌کاررفته توانایی بالایی در بازتولید مشخصات جریان دارد. یافته‌های این پژوهش می‌تواند در طراحی سازه‌های کنترل انرژی، حفاظت بستر و بهینه‌سازی مقاطع مرکب در کانال‌های روباز مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Abbas, A., Alwash, H. & Mahmood, A. (2018). Effect of baffle block configurations on characteristics of hydraulic jump in adverse stilling basins. MATEC Web of Conferences, 162, 03005,
https://doi.org/10.1051/matecconf/201816203005
.
Aydin, M.C. & Ulu, A.E. (2026). Hydraulic performance of a wall-guided Tesla valve installed on an open-channel bottom. Flow Measurement and Instrumentation, 103374. https://doi.org/10.1016/ j.flowmeasinst.2026.103374.
Aydoğdu, M. (2024). The role of baffles in hydraulic systems: Effects on flow dynamics. Journal of Hydraulic Engineering, 150(1), 10-22. 
Bahman, E., Kabiri-Samani, A. & Moghim, M.N. (2020). Hydraulic characteristics of flow over the asymmetric hydrofoil weirs. Journal of Hydraulics, 14(4), 123-136.
Chaichanasiri, E. & Suvanjumrat, C. (2013). The k-ε turbulence model to simulate the two-phase flows of fluids in flumes using C++ Open Source Code computational fluid dynamic software. Agriculture and Natural Resources, 47(3), 460-477.
Cizkova, K. (2023). Modeling of Conical Central Baffle Flumes Using CFD. In: Lecture notes in civil engineering, 127–137.
Heyrani, M. (2022). Numerical Modeling of Flow in Parshall Flume Using Various Turbulence Models, Doctoral dissertation, University of Ottawa.
Gajusingh, S.T., Shaikh, N. & Siddiqui, K. (2010). Influence of a rectangular baffle on the downstream flow structure. Experimental Thermal and Fluid Science34(5), 590-602.
Khosravi-Hamouleh, M. & Ghanbari Adivi, E. (2026). Baffle Structure in Water Engineering: A Review of Applications, Challenges, and Innovative Methods in Flow Control and Flood Management. (e238472). Journal of New Approaches in Water Engineering and Environment, 5(3), 37-72. (In Persian)
Kim, D.G. (2013). Hydraulic characteristics in the movable venturi flume with circular cone. Journal of Korean Society of Water and Wastewater, 27(2), 177-184.
Lotfi Kolavani, F., Bijankhan, M., Di Stefano, C., Ferro, V. & Mahdavi Mazdeh, A. (2019). Experimental study of central baffle flume. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 145(3), https://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001370.
Mehranfar, N. & Ghanbari-Adivi, E. (2022). Numerical Modeling of Compound Channels for Determining Kinetic Energy and Momentum Correction Coefficients Using the OpenFOAM Software. Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, 69(1), Polish Academy of Sciences, Institute of Hydro-Engineering, 27-43, https://doi.org/10.2478/heem-2022-0003.
Melan, A., Syamsir, A. & Zawawi, M.H. (2019). Enhancement of Energy Dissipation by Using Different Shape of Baffle Block - A Review, In: Mohd Sidek, L., Salih, G., Boosroh, M. (eds) ICDSME 2019. ICDSME 2019. Water Resources Development and Management. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-1971-0_55.
Momeni Heravi, A., Kouchakzadeh, S. & Bijankhan, M. (2023). Water delivery performance of Baffle modules using 3D simulation. ISH Journal of Hydraulic Engineering29(2), 154-164.
Naik, B., Khatua, K.K., Wright, N., Sleigh, A. & Singh, P. (2018). Numerical modeling of converging compound channel flow. ISH Journal of Hydraulic Engineering24(3), 285-297.
Nair, P.S., Ghare, A.D. & Kapoor, A. (2024). An approach to hydraulic design of Conical Central Baffle Flumes. Flow Measurement and Instrumentation97, 102573. https://doi.org/ 10.1016/j.flowmeasinst.2024.102573.
Ran, D., Wang, W. & Hu, X. (2018). Three-dimensional numerical simulation of flow in trapezoidal cutthroat flumes based on FLOW-3D. Front. Agric. Sci. Eng5(2), 168-176.
Ubing, C., Ettema, R. & Thornton, C.I. (2017). Flume experiments on baffle-posts for retarding open channel flow. Journal of Hydraulic Research55(3), 430–437.
Zhang, B. & Huang, Y. (2022). Impact Model for Baffle Design Resisting Granular-Flow Disasters. International Journal of Geomechanics22(12), https://doi.org/10.1061/ (ASCE)GM.1943-5622.0002555.

  • تاریخ دریافت 06 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1405