شبیه سازی عددی هیدرولیک جریان و بررسی مشخصات آن در اطراف موانع با هندسه های مختلف

چکیده مطالعه جریان آشفته عبوری بر روی موانع به دلیل کاربرد فراوان آن یکی از زمینه های تحقیقاتی موردعلاقه مهندسین در رشته های مکانیک، هوافضا و عمران می باشد. در دهه های اخیر اکثر تحقیقات انجام شده در مهندسی هیدرولیک مربوط به هیدرولیک جریان در اطراف پایه های پل می-باشد و به مطالعات هیدرولیکی انجام شده در اطراف موانع با حضور سطح آزاد کمتر پرداخته شده است که این عامل باعث محدود شدن دانش ما از هیدرولیک جریان اطراف موانع مستغرق از قبیل سازه های قرار گرفته در بستر دریاها و رودخانه ها می شود. به همین دلیل در این تحقیق شبیه سازی عددی جریان آشفته عبوری بر روی موانع قرار گرفته در یک کانال باز مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا با استفاده از نرم افزار fluent هیدرولیک جریان در اطراف یک آبپایه و جریان اطراف پله به صورت دوبعدی شبیه سازی شده اند و سپس مدل آزمایشگاهی استوانه کاملاً مستغرق نیز به-صورت سه بعدی شبیه سازی شده است. مقایسه پروفیل های سرعت و آشفتگی تطابق خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی را ارائه می دهد. به منظور بررسی اثر تغییر هندسه مانع بر روی مشخصات دنباله ایجاد شده در پایین دست آن، علاوه بر تغییر لبه آبپایه از حالت سینوسی شکل به لبه گردگوشه و راست گوشه، نسبت طول (a) به ارتفاع مانع (h) نیز تغییر داده شده است. درادامه نیز به منظور مطالعه اثرات ناشی از تغییر عمق جریان بر روی میدان جریان اطراف موانع، نسبت های d/h مختلف (عمق جریان به ارتفاع مانع) نیز به نمونه ها اضافه شده اند و نتیجتاً میدان جریان به صورت دوبعدی شبیه سازی شده است. نتایج نشان می دهند که طول ناحیه چرخشی، طول لازم برای بازگشت جریان به حالت اولیه، میدان سرعت و پارامترهای آشفتگی تابعی از هندسه موانع و نسبت d/h می باشند. درانتها میدان جریان ایجاد شده در اطراف یک مکعب نیز به صورت سه بعدی شبیه سازی شده و تغییرات ایجاد شده در میدان سرعت و آشفتگی در پایین دست آن با نتایج حاصله از استوانه با یکدیگر مقایسه شده اند. ازطرف دیگر ساختار جریان در پایین دست موانع براساس مدل wall-wake آنالیز شده اند که تطابق بسیار خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی و تئوری دیده می شود و درحالت دوبعدی نیز ضرایب تغییر یافته ای برابر با 858/7a= و 48/1b= برای قانون جداره در پایین دست موانع پیشنهاد شده اند.