شبیه سازی عددی میدان جریان آشفته روی سرریز جانبی

سرریز های جانبی یکی از سازه های هیدرولیکی کاربردی و مهم در سیستم های کنترل و هدایت آب هستند. این سازه در دیواره کانال اصلی احداث شده و هنگامی که سطح آب در کانال بالاتر از تاج سرریز قرار می گیرد، قسمتی از جریان توسط آن به خارج از کانال هدایت می گردد. سرریز های جانبی در انحراف آب اضافی در سیستم های جمع آوری فاضلاب شهری، همچنین در کنترل و پخش سیلاب و به عنوان سازه اضطراری در تأسیسات هیدرولیکی بزرگ چون سدها و شبکه های آبیاری و زهکشی به کار برده می شود. یکی از نکات مهم در طراحی این نوع سازه هیدرولیکی اینست که سطح آب در مخزن یا کانال اصلی حتی در زمان عبور دبی بیشینه از سرریز جانبی تحت تاثیر جریان کانال جانبی قرار نگیرد و ضریب تخلیه سرریز تغییر نکند. در نتیجه باید خصوصیات جریان عبوری از سرریز جانبی به طور موشکافانه و دقیقی مورد بررسی قرار گیرد که این سازه در عمل بیشترین کارایی را از خود نشان دهد. در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان عبوری از سرریز جانبی لبه تیز با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 26/03/ 6 ، روش vof و مدل آشفتگی rsm، میدان جریان در مسیر مستقیم همراه با سرریز جانبی شبیه سازی عددی و با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط سابراماینا و آوستی و هاگر نتایج حاصل از حل عددی صحت سنجی شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی الگوی سه بعدی جریان روی سرریزهای جانبی می باشد. در ادامه، خصوصیات جریان مانند خطوط جریان در تراز های مختلف، توزیع تنش برشی، توزیع بردار های سرعت، روند تغییرات جریان ثانویه و تغییرات تراز سطح آب تحت نسبت های آبگذری مختلف مورد بررسی و تحلیل دقیق قرار گرفته است. پس از شناخت کامل الگوی جریان در کانال مستقیم همراه با سرریز جانبی، اثر شبیه سازی سطح آزاد در پیش بینی الگوی جریان مطالعه شده است. به این منظور الگوی جریان پیش بینی شده توسط دو روشvof و سطح صلب مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی های انجام شده حاکی از آن است که روش سطح صلب در حالیکه از دقت کمتری نسبت به روش vof برخوردار است اما هزینه های محاسباتی را بسیار کاهش می دهد. همچنین در نسبت آبگیری پایین، تفاوت دو روش مزبور در پیش بینی مکانیزم های جریان که در نزدیکی سطح آب رخ می دهد، بسیار چشمگیر بوده در حالیکه این اختلاف در نسبت های آبگیری بالا کمتر است. در بخش آخر این تحقیق تاثیر پارامتر های هندسی و هیدرولیکی مانند طول، ارتفاع تاج سرریز و عدد فرود بالا دست بر الگوی جریان بررسی شده است. بررسی نتایج حاصله از این مطالعه پارامتریک حاکی از آن است که با انتخاب مناسب ارتفاع تاج و طول سرریز می توان از رسوب گذاری احتمالی در کانال اصلی که منجر به تنگ شدگی مقطع کانال می گردد، جلوگیری نمود و عملیات آبرسانی را با بیشترین راندمان انجام داد.