تعیین مدل توربولانسی مناسب برای تعیین افت انرژی در سرریزهای پلکانی

دلایل اصلی استفاده از سرریز پلکانی اتلاف انرژی و هوادهی جریان می باشد. اتلاف انرژی سرریز پلکانی باعث کاهش هزینه های ساخت حوضچه آرامش و هوادهی جریان باعث جلوگیری از خسارت های کاویتاسیون می شود. در پله های ابتدائی سرریز، در نزدیکی دیواره ها، آشفتگی تولید می شود و لایه مرزی تا زمانی که لبه بیرونی لایه مرزی به سطح آب برسد، رشد می کند. زمانی که لبه بیرونی لایه مرزی به سطح آب برسد، آشفتگی می تواند به صورت طبیعی شروع به هوادهی سطح آزاد کند. بنابراین جریان بر روی این نوع از سرریزها به شدت آشفته می باشد و در شبیه سازی آن مدل آشفتگی تأثیر بسزایی در نتایج دارد. برای مدل سازی جریان از نرم افزار انسیس فلوئنت استفاده شده است. این نرم افزار با استفاده از روش حجم محدود معادلات حاکم بر جریان را حل می نماید. در این تحقیق شبیه سازی سطح آزاد با استفاده از روش حجم سیال (vof) می باشد. مدل های آشفتگی k-? استاندارد، k-? rng ،k-? تحقق پذیر، k-? استاندارد و k-? sst باهم مقایسه شده اند. برای صحت سنجی شبیه سازی از نتایج مدل آزمایشگاهی سرریز سد سیاه بیشه بالا استفاده شده است. پروفیل فشار سطح افقی پله ها رسم شده و نتایج شبیه سازی با آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که سه مدل k-? rng و k-? استاندارد و k-? sst به داده های آزمایشگاهی نزدیک تر می باشند. مدل k-? rng در نواحی نزدیک دیوار ( برای این مدل باید تابع دیوار مناسب انتخاب شود) و مدل k-? استاندارد در نواحی دور از دیوار و جریان برشی آزاد ضعیف عمل می نمایند. مدل k-? sst در نواحی نزدیک دیوار به صورت مدل k-? استاندارد و در نواحی دور از دیوار به صورت مدل k-? استاندارد عمل می کند، در نتیجه این مدل نقاط ضعف دو مدل k-? استاندارد و k-? rng را پوشش داده و مناسب تر می باشد. در ادامه اتلاف انرژی برای دبی های در واحد عرض 4.5، 7.5، 9 و 10.15 m2/s در شیب ?21.8 بررسی شده است. نتایج نشان می دهند بیشترین میزان اتلاف انرژی85.86و کمترین آن 72.7 درصد می باشند. همچنین با افزایش دبی در واحد عرض از میزان افت انرژی کاسته می شود. بنابراین در سرریز پلکانی انرژی قابل توجهی اتلاف می شود و این امر می تواند باعث کاهش هزینه های ساخت حوضچه آرامش و یا حتی حذف آن شود.