مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان در آبگیری جانبی از رودخانه در حضور صفحات مستغرق

در این تحقیق تاثیر صفحات مستغرق بر الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم به صورت آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور الگوی جریان در آبگیری از مسیر مستقیم، در دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق و در سه نسبت دبی آبگیری 11%، 16% و 21% مورد مطالعه قرار گرفت. در مطالعات آزمایشگاهی صورت گرفته، سرعت های سه بعدی جریان در محدوده آبگیر با استفاده از دستگاه adv برداشت شده و به بررسی تاثیر نسبت دبی آبگیری بر الگوی جریان پرداخته شد. شبیه سازی الگوی جریان با استفاده از مدل عددی سه بعدی fluent، ابتدا در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم، بدون حضور صفحات مستغرق انجام شده و تاثیر نسبت دبی انحرافی بر این الگو مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه به شبیه سازی الگوی جریان در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم با حضور صفحات مستغرق پرداخته و تاثیر صفحات مستغرق و نسبت دبی انحرافی بر الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مدلسازی آشفتگی در هر یک از حالات وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، از سه مدل k-? استاندارد، k-? و rsm استفاده شده و با مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی، مدل مناسب جهت انجام مطالعات هیدرودینامیکی و پارامتریک انتخاب گردیده است. تغییرات تراز سطح آب در مقابل دهانه آبگیر در برداشت های آزمایشگاهی کمتر از 10% عمق آب بوده، لذا از شبیه سازی سطح آزاد صرفنظر شده است. الگوی جریان داخل کانال اصلی در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق توسط هر سه مدل به خوبی پیش بینی شد ولی در داخل کانال آبگیر در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، پیش بینی مدل های آشفتگی مختلف، متفاوت بود. با مقایسه نتایج حاصل از هر یک از مدل ها با نتایج آزمایشگاهی، در مجموع مدل rsm نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل k-? نیز بیشتر از مدل k-? استاندارد بوده است. لذا مدل آشفتگی rsm جهت ادامه بررسی ها انتخاب گردید. بررسی خطوط جریان در ترازهای مختلف در حالت عدم وجود صفحات مستغرق نشان دهنده گستردگی بیشتر صفحه جدایی جریان به سمت نواحی میانی کانال در ترازهای تحتانی بوده که این امر می تواند سبب انتقال رسوبات بیشتری از بستر به کانال آبگیر شده و در نهایت در ناحیه جدایی جریان داخل آبگیر ته نشین و باعث کاهش راندمان آبگیری گردد. بررسی الگوی جریان حول صفحات مستغرق، نشان دهنده وجود جریان ثانویه حول صفحات و در خلاف جهت جریان ثانویه تولید شده در اثر آبگیری می باشد. این امر سبب انحراف بیشتر خطوط جریان نزدیک بستر به سمت مرکز کانال اصلی و انحراف جریان سطحی به سمت دهانه آبگیر می شود، لذا وجود صفحات می تواند شرایط آبگیری بیشتر از جریان های سطحی با رسوب کمتر را فراهم نماید. در هر دو حالت وجود و عدم وجود صفحات مستغرق، با افزایش نسبت دبی انحرافی، قدرت جریان ثانویه افزایش می یابد. در نسبت دبی انحرافی ثابت، قدرت جریان ثانویه تولیدی در آبگیری با حضور صفحات، بیشتر از قدرت جریان ثانویه در آبگیری و بدون حضور صفحات می باشد. گرچه میزان رسوب ورودی به کانال آبگیر در اثر جریان ثانویه تولیدی حول صفحات مستغرق کاهش می یابد، اما مقایسه خطوط جریان نشان می دهد که در حالت استفاده از صفحات مستغرق ابعاد ناحیه جدایی داخل آبگیر افزایش یافته که این امر می تواند باعث کاهش راندمان آبگیری شود. مقایسه جریان ثانویه دهانه آبگیر نشان دهنده گستردگی بیشتر آن در نواحی نزدیک بستر در حالت عدم استفاده از صفحات مستغرق بوده که سبب جاروب رسوبات مقابل دهانه آبگیر و انتقال آن ها به کانال آبگیر می شود. با به کارگیری صفحات مستغرق و تغذیه آبگیر از جریانات سطحی گستردگی این جریان در ترازهای پایینی کاهش یافته و کنترل رسوبات ورودی را به همراه خواهد داشت. بررسی تنش برشی بستر و منحنی های هم سرعت، حاکی از وجود ناحیه سکون در ترازهای نزدیک بستر، در کانال اصلی پس از آبگیر می باشد که با به کارگیری صفحات مستغرق محدوده آن گسترش می یابد. مقایسه توزیع تنش برشی بستر در دو حالت به کارگیری و عدم به کارگیری صفحات مستغرق حاکی از کاهش چشمگیر تنش برشی بستر در محدوده آبگیر در حالت استفاده از صفحات مستغرق بوده که این امر در بسترهای آبرفتی سبب کنترل رسوبات ورودی به آبگیر خواهد شد.