شبیه سازی عددی الگوی جریان پیرامون آب شکن tشکل مستقر در قوس به صورت سه بعدی

چکیده از آنجا که از دیرباز رودخانه ها در شکل گیری تمدن های بشری نقش قابل توجهی داشته اند و برای زندگی بشر بسیار حیاتی بوده اند و از سوی دیگر اغلب رودخانه های طبیعی دارای شکل قوسی و پیچانرودی هستند و به ندرت به صورت مستقیم دیده می شوند بنابراین شناخت رفتار رودخانه های قوسی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. با ورود جریان به قوس در اثر نیروی گریز از مرکز در سطح آب شیب عرضی به نحوی ایجاد می گردد که موجب افزایش ارتفاع سطح آب در جداره خارجی قوس و کاهش آن در جداره داخلی قوس می گردد. جریان در قوس کاملا دارای ماهیت سه بعدی است و موجب ایجاد آشفتگی و تغییرات غیریکنواخت در توپوگرافی بستر و سطح آزاد و در نتیجه شکل گیری الگوی خاصی از جریان با نام جریان حلزونی می شود. این الگوی جریان توپوگرافی نامنظمی در قوس ایجاد کرده و باعث پدیده فرسایش در جداره خارجی و رسوبگذاری در جداره داخلی می‏شود. یکی از راهکارهای جلوگیری ازفرسایش ساحل و تثبیت جداره ها مستقر کردن آبشکن ها در جداره خارجی رودخانه هاست. هدف اصلی از کاربرد آبشکن ها افزایش عمق آب، ممانعت از فرسایش ساحل و جلوگیری از پدیده سیلاب است. الگوی جریان در اطراف آبشکن به خودی خود پیچیده است اما این پیچیدگی زمانی بیشتر می شود که آبشکن در قوس مستقر شود که دلیل عمده آن دلیل اندرکنش جریان در قوس با جریان حول آبشکن تشکیل جریان حلزونی در این ناحیه است. به طور کلی الگوی جریان در مسیرهای دارای خم به دلیل تشکیل جریان های حلزونی بسیار پیچیده ودارای ماهیت سه بعدی است. از این رو شناخت الگوی جریان در اطراف آبشکن ها بسیار ضروری به نظر می رسد. شناخت این پیچیدگی ها مستلزم انجام تحقیقات و مطالعات است و شبیه سازی این پدیده ها می بایست از طریق یک نرم افزار سه بعدی انجام پذیرد. در این پایان نامه از نسخه 9.3 نرم افزار flow-3d جهت شبیه سازی الگوی جریان استفاده شده است. همچنین در این شبیه سازی از روش حجم سیال برای شبیه سازی سطح آزاد و از مدل آشفتگی rng k-? برای بستن معادلات ناویر استوکس استفاده شده است. در تحقیق حاضر ابتدا الگوی جریان در قوس 90 درجه مورد بررسی قرار می گیرد و پس از صحت سنجی آن با داده های آزمایشگاهی دکتر واقفی، به بررسی اثر شعاع انحناء نسبی بر الگوی جریان در قوس پرداخته می شود در مرحله بعد در بررسی الگوی جریان در اطراف آبشکن، ابتدا الگوی جریان حول آبشکن ساده مستغرق در کانال مستقیم شیبدار آذین فر و سپس اثر طول بر پروفیل های سرعت و سطح آزاد در این کانال بررسی می گردد. در ادامه این پایان نامه الگوی جریان حول آبشکن t شکل در قوس 90 درجه واقفی بررسی و صحت سنجی می گردد و نتایج حاصل از این مدل سازی با نتایج حاصل از قوس بدون آبشکن مقایسه می گردد. شعاع انحناء قوس و نسبت شعاع به عرض 4/2 و 4 می باشد که نتایج عددی و آزمایشگاهی دراین شعاع انطباق مناسبی یا هم دارند. سپس به منظور یررسی اثر شعاع انحناء به عرض بر الگوی جریان، به ازاء3 شعاع انحناء نسبی2،3و4 الگوی جریان اطراف آبشکن مطالعه می شود. تطابق مناسب نتایج شبیه سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی در پروفیل های سرعت و سطح آزاد آب موجود، نشان دهنده توانایی این نرم افزار در شبیه سازی عددی الگوی جریان در قوس و نیز در اطراف آبشکن در مسیر مستقیم و قوسی است. همچنین این نرم افزار توانایی مدل کردن ناحیه جداشدگی در اطراف آبشکن و گردابه های بالادست و پایین دست و جریان های چرخشی را نیز دارد.