تأثیر روش محاسبه سرعت روی وجوه سلول در شبیه سازی جریان زیربحرانی در کانال های باز

در این تحقیق تأثیر محاسبه سرعت روی وجوه سلول در یک مدل عددی دوبعدی قائم برای حل معادلات نویر-استوکس غیردائمی با قابلیت محاسبه فشارهای دینامیک، برای جریان های با سطح آزاد بررسی شده است. در این مدل با بهره گیری از الگوریتم پروجکشن، معادلات در سیستم مختصات منحنی الخط غیرمتعامد در شبکه ای هم مکان حل می شوند و برای برآورد مقادیر سرعت (شار) روی وجوه حجم کنترل، از روش «میان یابی خطی»، و چند روش «میان یابی مومنتم» استفاده شده است. نتایج گویای آنست که، اگر تغییرات شیب بستر و شیب سطح آب ملایم باشد؛ دقت مدل سازی عددی با استفاده از انواع روش های «میان یابی مومنتم»، یکسان خواهد بود. همچنین شبیه سازی با استفاده از «میا ن یابی خطی» در این شرایط، دقت قابل قبولی را در پی خواهد داشت. از سوی دیگر، اگر شیب سطح آب تند باشد، نوسانات غیرواقعی فشار به نحوی شدت می گیرند که استفاده از «میا ن یابی خطی» سیستم را به سمت واگرایی سوق می دهد و برای حل این چالش، به کارگیری روش های «میان یابی مومنتم» ضرورت می یابد. بررسی زمان لازم برای پردازش آزمون های انجام شده همچنین نشان می دهد، استفاده از روابط «میان یابی مومنتم» با روابط پیچیده تر نسبت به «میان یابی خطی»، سبب صرفه جویی بیشتر در هزینه محاسبات می شود. درصورت کوچک بودن مؤلفه قائم سرعت در مقایسه با مؤلفه افقی که در بسیاری از جریان های سطح آزاد برقرار است؛ اهمیت برآورد سرعت روی وجوه حجم کنترل، در راستای طولی کانال بیشتر از راستای قائم می باشد. نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد در چنین شرایطی اگر روابط «میان یابی مومنتم» فقط برای برآورد سرعت روی وجوه شرقی و غربی حجم کنترل استفاده شود و برای وجوه بالا و پائین از «میان یابی خطی» استفاده شود، ضمن کاهش هزینه محاسبات، دقت و کارایی مدل کاهش نمی یابد.