مدلسازی عددی شیب شکن قایم با جریان زیربحرانی در بالادست

چکیده شیب شکن ها از جمله متداول ترین سازه های هیدرولیکی مستهلک کننده ی انرژی هستند که در شبکه های آبیاری و زه کشی، آبراهه های فرسایش پذیر، سیستم های تصفیه ی آب و جمع آوری و دفع فاضلاب استفاده می شوند. این سازه ها با توجه به توپوگرافی زمین برای انتقال آب از یک ارتفاع بالاتر به پایین تر، کاهش انرژی جنبشی ناشی از سقوط آب و اعمال سرعت بهینه درکانال ها و شبکه های آبیاری و زه کشی به کار می روند. از شیب شکن ها نیز در تصفیه خانه های آب و فاضلاب برای هوادهی طبیعی جریان استفاده می شود. جریان در بالادست شیب شکن ممکن است زیربحرانی یا فوق بحرانی باشد. در حالت جریان زیربحرانی در بالادست، عمق جریان در حوالی لبه ی شیب شکن، بحرانی می شود و پس از جاری شدن به پایین دست شیب شکن، جریان حالت فوق بحرانی پیدا می کند و اگر جریان بالادست شیب شکن فوق بحرانی باشد، رفتار آب به صورت جت آبی خواهد بود. در این تحقیق، الگوی دوبعدی جریان در شیب شکن قایم با حالت زیربحرانی در بالادست، با استفاده از نرم افزار ansys cfx که جریان سیال را به روش حجم محدود تحلیل می نماید، شبیه سازی شده است. شبیه سازی الگوی جریان با بررسی مدل های مختلف آشفتگی، شرایط مرزی مختلف و سایر پارامترهای موثر در مدل عددی برای یک دبی در دوحالت هوادهی در زیر جت ریزشی و بدون هوادهی انجام شده و نتایج مربوط به عمق گرداب، طول گرداب، عمق پایاب، عمق لبه ی شیب شکن و در نهایت افت انرژی نسبی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است و مورد صحت سنجی قرار گرفته است. سپس مناسب ترین مدل آشفتگی و شرایط مرزی انتخاب شده و مدل سازی جریان برای دبی های مختلف انجام گرفته است. نتایج به دست آمده از تحلیل عددی به شکل منحنی های بی بعد برای نشان دادن تغییرات عمق نسبی لبه ی شیب شکن، عمق نسبی گرداب، طول نسبی گرداب، عمق نسبی پایاب و افت انرژی نسبی برحسب دبی نسبی بر روی نمودار رسم شده است. مقایسه ی این نتایج نشان می دهد که در حالت هوادهی، طول نسبی گرداب، عمق نسبی پایاب و افت انرژی نسبی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. مقادیر عمق نسبی گرداب اختلاف بسیار کمی با نتایج آزمایشگاهی دارد که این موضوع به دلیل نوسان داشتن سطح آب است که اندازه گیری دقیق آن را دشوار می سازد. همچنین، عمق لبه ی شیب شکن اختلاف قابل توجهی با نتایج آزمایشگاهی دارد. در حالت بدون هوادهی، طول نسبی گرداب بیشتر از حالت هوادهی است، این موضوع به علت از بین رفتن فضای خالی زیر جت ریزشی در حالت بدون هوادهی است که باعث می شود زاویه ی پرتاب جت کمتر شود و برد افقی آن کاهش یابد. عمق پایاب و عمق لبه ی شیب شکن در دوحالت هوادهی و بدون هوادهی تطابق خوبی باهم دارند. واژه های کلیدی : شیب شکن قایم، ansys cfx، پارامترهای هیدرولیکی، افت انرژی، روش حجم محدود