تحقیق حاضر با هدف توسعه مدل عددی سه بعدی بر اساس روش شبیه سازی گردابه های بزرگ جریان برای محاسبات میدان جریان آشفته در اطراف موانع و بر پایه حل معادلات جریان و پیوستگی صورت گرفته است. معادلات فیلتر شده مکانی ناویر- استوکس به عنوان معادلات حاکم با استفاده از روش احجام محدود گسسته شده و ترمهای تنشهای زیر شبکه که حاصل این فیلتر سازی هستند، با دو نمونه از مدلهای زیر شبکه متداول استاندارد و دینامیک، ضمن ایجاد تغییراتی فراخور کاربردهای این رساله در مدل اعمال شده اند. پایه مدل محاسباتی توسعه یافته، مدل عددی wise است. مدل مذکور یک مدل مبتنی بر روش rans و مدلهای آشفتگی k-? است. روش عددی مورد استفاده در این مدل به عنوان پایه ای برای حل جریان در صفحات متعامد برای مدل سه بعدی مورد استفاده قرار گرفته است در حالیکه معادلات حاکم از معادلات متوسط زمانی ناویر- استوکس به معادلات متوسط مکانی برای شبیه سازی گردابه های بزرگ تغییر یافته اند. به منظور کاهش نیاز به توان رایانه ای بسیار بالا و محدودیتهای موجود در این زمینه، جریان در محدوده های کنار دیواره ها و کف کانال با دو دسته از مدلهای نزدیک جداره در حالت ارتقاء یافته و همچنین یک روش ترکیبی دولایه ای tble شبیه سازی شده است. مدل تدوین شده در مجموع در تستهای صحت سنجی و ارزیابی در جنبه های مختلف توانسته است با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی مرجع انطباق یافته و برای شبیه سازی های کاربردی آماده گردد. در شبیه سازی های انجام شده کاربردی برای جریان عبوری از پله پایین رونده، تپه های ماسه ای و رژیمهای مختلف جریان عبوری از روی مانع نیمکره، عملکرد مدل در برآورد میدان متوسط سرعت و لحظه ای، میدان فشار دینامیک و کلی، تنشهای آشفتگی، پدیده های ناماندگار، جدایش و بازگشت و تولید انواع گردابه های جریان موثر عمل نموده و تطابق مناسبی ایجاد نماید. تطابق کیفی و کمی پارامترهای مذکور با نتایج آزمایشگاهی مرجع، زمینه را برای انجام مجموعه آزمایشهای عددی گسترده برای استحصال نتایج کاربردی در زمینه اندرکنش جریان و سازه های هیدرولیکی واقع بر مسیر جریان فراهم آورده است.

در طراحی هیدرولیکی انواع سرریزه های جانبی سدها، طرح جام پایین دست سرریز هم از نظر هیدرولیکی و هم از نظر اقتصادی از حساسیت خاصی برخوردار است در این مورد از تئوری جریان متغیر مکانی با افزایش دبی در طول جام (کانال جانبی) استفاده می شود جریان متغیر مکانی با افزایش دبی دارای مبانی تئوری شناخته شده ای می باشد و تحقیقات نسبتا زیادی روی آن صورت گرفته است اما هنوز هم در زمینه کاربردی پارامترهای تعیین نشده و غیر قطعی زیادی دارد. به همین علت کاربرد این تئوری با فرضیات ساده کننده زیادی همراه است. در این پایان نامه با پرپایی مدلهای آزمایشگاهی مطابق با طرحهای اخیر سرریزهای یک جانبی سدهای ایران و برداشت دقیق پروفیل سطح آب در تستهای متعدد، ابتدا به ارزیابی معادلات معمول در این زمینه پرداخته شده و به علت عدم تطابق مناسب با نتایج آزمایشگاهی سعی بر اصلاح مبانی تئوری و کاربرد مجدد آنها شده است در این مورد نتایج رضایت بخش بوده است. مهمترین وجه تمایز مدلهای این تحقیق استفاده از جام غیر منشوری درپایین دست سرریز اوجی است که در گذشته مطالعات منسجمی روی آنها صورت نگرفته است. با استفاده از پروفیلهای سطح آب آزمایشگاهی در جام و نتایج تستهای آبگذری سرریز اوجی مقادیر حداکثر استغراق مناسب در مدلها نیز تعیین شده و با مطالعات گذشته مقایسه و نتیجه گیری شده است این مقدار استغراق به منظور بهینه سازی طرحها از نظر اقتصادی و در واقع حجم جام اهمیت شایانی دارد در مورد آنچه در مقطع عرضی جام رخ می دهد نیز از نظر کمی و کیفی بررسی هایی صورت گرفته است که ما را هم در دیدگاه سه بعدی جریان کمک کرده و هم در اصلاح معادله پروفیل طولی موثر بوده است