شبیه سازی جریان بر روی سرریز در پیچ یک آبراهه با استفاده از مدل ریاضی flow-3d

احداث سرریز و سدهای انحرافی در محدوده پیچ رودخانه ها در بعضی شرایط اجتناب ناپذیر است. فرسایش و رسوبگذاری و کارکرد نامتعادل دریچه های آبگیر در طرفین رودخانه، مشکلاتی را در مراحل بهره برداری پدید می آورد. یکی از فرضیه ها جهت برقراری توزیع یکنواخت تر جریان در عرض پیچ رودخانه، تساوی دبی جریان در واحد عرض، از طریق تغییر پروفیل تاج سرریز از حالت افقی به حالت شیب دار است. هدف اصلی تحقیق حاضر شبیه سازی عددی کارکرد سرریزهای لبه تیز و لبه تخت در پیچ یک آبراهه با استفاده از مدل flow-3d و مقایسه نتایج با نتایج نظیر از مدل fluent بوده است. هندسه سه بعدی کانال و سرریز با استفاده از autocad تعیین گردید. ساختار جریان در یک فلوم آزمایشگاهی با پیچ 90 درجه و شعاع انحنای نسبی 3، شبیه سازی گردید. خصوصیات جریان در فلوم بدون سرریز و با سرریزهای لبه تیز و لبه تخت با تاج افقی و شیب دار، با ارتفاع های متغیر و در مقاطع مختلف کانال مورد بررسی قرار گرفت، و نتایج مدل شبیه ساز flow-3d با نتایج نظیر آزمایشگاهی مقایسه گردید. در این تحقیق، زمان شبیه سازی جریان برای حالت بدون سرریز، 170 ثانیه؛ و برای حالت با سرریز، 60 ثانیه بدست آمد. دو مدل تلاطم k-?و rng مورد بررسی قرار گرفت، که مدل rng مدل تلاطم مناسب تر بود. بررسی حساسیت مدل به طول اختلاط تلاطم و ارتفاع زبری کانال، نشان دهنده ی عدم حساسیت مدل flow-3d به این دو پارامتر است. شبکه محاسبات عددی در 5 اندازه شبکه از 6 تا 2/2 سانتی متر ارزیابی گردید. شبکه سه بعدی (18×389×288) با اندازه 25/2 سانتی متر مناسب ترین بوده است. برای شرط مرزی ورودی، دبی حجمی ورودی؛ برای شرط مرزی خروجی، فشار ثابت؛ و برای سایر مرزها، شرط مرزی تقارن مورد استفاده قرار گرفت. ساختار جریان در فلوم بدون سرریز برای سه دبی کم، متوسط و زیاد شبیه سازی شد. نتایج نشان دهنده ی عملکرد یکسان دو مدل flow-3d و fluent در دبی های زیاد و متوسط؛ و عملکرد بهتر مدل flow-3d در دبی کم است. شبیه سازی عددی ساختار جریان بر روی سرریز در پیچ، با 16 آزمون برای سرریزهای لبه تیز و 16 آزمون برای سرریزهای لبه تخت انجام گرفت. نتایج نشان داد که، در مقاطع عرضی بالادست، ابتدا، انتها و پایین دست پیچ عملکرد سرریزهای با تاج افقی مناسب تر از سرریزهای با تاج شیب دار است. در مقطع 30 درجه و 60 درجه داخل محدوده پیچ فلوم، سرریزهای با تاج شیب دار در یکنواخت کردن دبی واحد عرض در مقطع کنترل عملکرد بهتری داشته اند. بررسی نتایج دو مدل عددی flow-3d و fluent نشان می دهد که، هر دو مدل در شبیه سازی الگوی جریان در مقطع کنترل سرریزها موفق بوده اند. بطور کلی مدل flow-3d در شبیه سازی عمق جریان و مدل عددی fluent در شبیه سازی سرعت جریان نتایج بهتری را ارائه کرده اند. هر دو مدل در شبیه سازی دبی واحد عرض عملکرد یکسانی داشته اند.