مدل سازی اندرکنش سیال- سازه در سدهای لاستیکی

سدهای لاستیکی، سازه های انعطاف پذیر استوانه ای هستند که به فنداسیون صلب متصل می شوند. تعداد بسیار زیادی از سدهای لاستیکی تحت فشار داخلی، ناشی از آب یا هوا، در حالت برافراشته به صورت دائمی مورد بهره برداری قرار می گیرند. این سدها در عین حال می توانند در مواقع عدم نیاز، از سیال خالی شده و به صورت تخت روی بستر قرار گیرند و در صورت لزوم در یک دوره ی زمانی کوتاه به حالت برافراشته درآیند. سدهای لاستیکی نسبتاَ آسان نصب می شوند، نمی پوسند، به نگهداری کمتری احتیاج دارند و قابلیت تحمل درجه حرارت زیادی دارند. مسئله ی تغییر شکل های بزرگ ناشی از فشارهای داخلی و خارجی باعث غیرخطی شدن معادلات حاکم بر رفتار سد لاستیکی می شود. حل رابطه ی دیفرانسیلی تغییر شکل حاکم بر این نوع سازه از پیچیدگی های خاصی برخوردار است. در تحقیق حاضر برای اجتناب از دخیل شدن تغییر شکل های بزرگ در حل مسئله، استفاده از روش تفاضل مرکزی برای حل دوبعدی سازه پیشنهاد می شود. بر اساس تاریخچه ی مطالعاتی، در حل دوبعدی فرض طول بی نهایت برای سد اعمال می شود. بنابراین از اثر تکیه گاه ها و جریان های عرضی در تغییر شکل نهایی سد چشم پوشی می شود. بر این اساس در مطالعه ی حاضر به بررسی رفتار سه بعدی سد با اعمال شرایط مرزی برای سازه و سیال پرداخته می شود. شبیه سازی سد و سیال در نرم افزار ansys صورت می گیرد. این نرم افزار با حل هم زمان cfx و transient structural در محیط workbench به حل سازه و سیال می پردازد. بنابراین سطح آزاد آب در جریان عبوری از روی سد و تغییر شکل سد با در نظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه به دست می آید. به منظور دست یابی به سطح آزاد آب از حل دو فازی آب و هوا و برای مدل کردن جدایش جریان در پایین دست سد از مدل آشفتگی sst در محیط cfx استفاده می شود. نظر به انعطاف پذیر بودن سازه، از حل تغییر شکل های بزرگ در قسمت transient structural بهره گرفته می شود. دقت در مطالعات گذشته نشان می دهد که تا کنون اثر تغییر شکل سد بر ضریب دبی جریان لحاظ نشده است و ضریب دبی cd صرفاً تابعی از h/dh تعریف شده است (که h هد آب روی تاج سرریز و dh ارتفاع سد است). این در حالی است که dh ارتفاع نهایی سد در نظر گرفته می شود. این مقدار در مراحل طراحی و شروع بهره برداری سد مقداری نامشخص است. بنابراین تعیین پارامترهای موثر بر h/dh و ارائه ی رابطه ای بر اساس این پارامترها ضروری به نظر می رسد. علاوه بر این در مطالعات پیشین ضریب دبی جریان در حالت دو بعدی ارائه شده است. از این رو در تحقیق حاضر، با انجام آنالیز ابعادی، پارامترهای بی بعد موثر بر h/dh تعیین می شوند. با استفاده از نرم افزار آماری spss و روش درون یابی غیرخطی مناسب ترین رابطه برای تعیین h/dh و cd ارائه می گردد.