تعیین ابعاد و آرایش مناسب صفحه های مستغرق در آبگیری جانبی از رودخانه با استفاده از مدل ریاضی فلوئنت

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت ابعاد و آرایش بهینه صفحه های مستغرق تعیین شده است. در شبیه-سازی عددی، ابتدا در نرم افزار گمبیت هندسه ی مدل ها و شبکه بندی مناسب تولید و سپس مدل های تولید شده با اعمال شرایط مرزی در مدل هیدرودینامیک فلوئنت حل شده اند. پردازش اطلاعات خروجی از نرم افزار فلوئنت با استفاده از نرم افزار تک پلات انجام شده است. برای انجام بهینه سازی ها ده پارامتر در نظر گرفته شده است. فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در سطح، فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر درکف، سطح جریان بستری ورودی به دهانه آبگیر، سطح جریان ورودی به کانال آبگیر از عمق میانی، سطح جریان سطحی ورودی به کانال آبگیر، قدرت جریان ثانویه و تنش برشی وارد بر کف به عنوان هفت پارامتر موثر در جلوگیری از ورود رسوب به کانال آبگیر و پارامترهای طول، عرض و سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر به عنوان سه پارامتر موثر در تجمع رسوب در کانال آبگیر مورد برسی قرار گرفته و در انجام بهینه سازی استفاده شده اند. برای انجام بهینه سازی از روش فازی تاپسیس که یکی از روش های بهینه سازی چند معیاره می باشد استفاده شده است. بهینه سازی ها به سه صورت انجام شده اند. یکبار تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آّبگیر، بار دیگر تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در تجمع رسوب وارد شده به کانال آبگیر و در انتها با درنظر کلیه پارامترهای مورد بررسی انجام شده اند. آزمایش ها برای سه نسبت آبگیری 11/0، 16/0 و 21/0 انجام شده است. در تعیین ابعاد بهینه صفحه های مستغرق، 4 حالت برای شبیه سازی ارتفاع و 2 حالت برای شبیه سازی طول آن ها در نظر گرفته شده است. در مورد تعیین آرایش بهینه آن ها نیز برای فواصل طولی و عرضی و زاویه صفحه ها با جهت جریان، به ترتیب 3،2 و 3 حالت برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. تاثیر الگوهای انفصال آپویند مرتبه اول (f.o.u)، آپویند مرتبه دوم (s.o.u)، توانی و کوئیک و همچنین مدل-های آشفتگی k-?، k-? و rsm در شبیه سازی الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل حاکی از آن بود که در مدل آشفتگی rsm الگوی انفصال آپویند مرتبه دوم و در دو مدل دیگر الگوی توانی نسبت به دیگر الگوها قابلیت بالاتری در شبیه سازی دارند. همچنین هر سه مدل آشفتگی، الگوی جریان را در کانال اصلی بخوبی پیش بینی می-کنند. ولی در داخل کانال آبگیر، مدل آشفتگی rsm نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل k-? از k-?بیشتر است. مدل سازی عددی الگوی جریان در حضور صفحه هایی با ابعاد مختلف انجام شد و بررسی پارامترهای مورد نظر نشان داد که فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در کف و در سطح با افزایش ارتفاع صفحه ها، افزایش می یابد. می باشد. همچنین وقتی ارتفاع صفحه 2/0 برابر عمق جریان باشد، قدرت جریان ثانویه شکل گرفته حول آن ها نسبت به دیگر ارتفاع صفحه ها بیشتر است. حداکثر تنش برشی وارد بر کف با افزایش ارتفاع صفحه ها بیشتر می شود. سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر با افزایش ارتفاع صفحه ها تا 4/0 عمق جریان روند افزایشی و بعد از آن مستقل از ابعاد صفحه ها می باشد. بررسی نتایج همچنین نشان داد که افزایش طول صفحه های مستغرق تاثیر مثبتی بر شرایط آبگیری دارد. مهم ترین نتیجه حاصله از این قسمت، تعیین ارتفاع d2/0 (d عمق جریان) و طول hv4 (hv ارتفاع صفحه مستغرق) به عنوان ابعاد بهینه صفحه های مستغرق بود، چراکه در هر سه شکل بهینه سازی این ابعاد به عنوان گزینه برتر بودند. با استفاده از ابعاد بهینه صفحه ها مدل سازی عددی الگوی جریان برای آرایش های مختلف صفحه های مستغرق انجام شد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن بود که با تغییر آرایش صفحه های مستغرق در اکثر موارد پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آبگیر تغییرات کمی دارند. اما با تغییر زاویه صفحه های مستغرق تغییرات قابل توجهی در قدرت جریان ثانویه ایجاد می شود. نتایج حاصل از بهینه سازی های انجام شده در این قسمت نشان داد که آرایشی که در آن فواصل طولی و عرضی بین صفحه ها به ترتیب 9 و 3 برابر ارتفاع آن ها و زاویه صفحه ها با جهت جریان 25 درجه باشد، به عنوان آرایش بهینه صفحه های مستغرق در مقابل دهانه آبگیر است.