بررسی تجربی و شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با استفاده از مدل آشفتگی k-ϵ

پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی در پایین دست سازه های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب ها و دریچه ها مورد استفاده قرار می گیرد. بررسی محققین نشان می دهد که بستر موج دار در کاهش عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی موثر می باشد. در این تحقیق بررسی تجربی پرش هیدرولیکی در محدوده وسیع تری نسبت به محققین دیگر بر روی 6 نوع بستر موج دار با شیب موج (t/s) مختلف انجام گرفت. شیب موج در محدوده 286/0 تا 625/0 و عدد فرود در محدوده 8/3 تا 6/8 قرار داشت. تأثیر ارتفاع و طول موج بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با تحلیل موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت، تنش برشی بستر و استهلاک انرژی بررسی شد. پارامتر های بی بعد هیدرولیکی نیز به صورت تابعی از عدد فرود تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان داد که عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی بر روی بسترهای موج دار نسبت به بستر صاف در شرایط هیدرولیکی یکسان کوچکتر است. بررسی پروفیل های سرعت اندازه گیری شده در مقاطع مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد که این پروفیل ها مشابه بوده و با پروفیل جت آب بر روی بستر صاف متفاوت می باشند. همچنین مقدار ضخامت لایه مرزی بی بعد ?/b بر روی بستر موج دار برابر 57/0 به دست آمد که با ضخامت لایه مرزی در بستر صاف برابر 16/0 مقایسه گردید. بررسی و مقایسه نیروی برشی و ضریب تنش برشی ? نشان داد که تنش برشی در بستر موج دار حداقل 10 برابر بستر صاف است. بررسی ها نشان داد که مقدار متوسط ضریب اصطکاک در بسترهای موج دار برابر 06/0 می باشد. در تحقیقات انجام گرفته پرش بر روی بسترهای صاف مقدار ضریب اصطکاک متوسط برابر 004/0 گزارش شده است پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار متلاطم بوده و با اختلاط آب و هوا همراه می باشد. در این تحقیق پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با استفاده از مدل های آشفتگی k-? استاندارد، rng k-? و rsm بصورت دو بعدی شبیه سازی شد و سطح آزاد جریان با روش عددی جزء حجم سیال vof تعیین گردید. نتایج نشان داد که مدل های آشفتگی k-? و روش جزء حجم سیال vof برای پیش بینی پروفیل سطح آب در پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار مناسب بوده و خطای نسبی متوسط مقادیر سطح آب بدست آمده از مدل های عددی و اندازه گیری شده کمتر از 10 درصد می باشد. بررسی تشابه پروفیل های سرعت در فواصل مختلف پرش هیدرولیکی نشان داد توزیع سرعت در آزمون های مختلف یکسان بوده و نتایج بدست آمده از مدل های عددی و داده های تجربی تطابق خوبی دارند. تأثیر بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی در اعداد فرود مختلف با محاسبه موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت، بردار سرعت، تنش برشی بستر، شدت های تلاطم، انرژی جنبشی و اتلاف انرژی پرش در این مدل مورد بررسی قرار گرفت.