حل عددی جریان سطح آزاد به روش حجم سیال با استفاده از نرم افزار تحلیلگر اجزاء محدود ansys

سرریز شامل اوجی، تنداب و جام پرتاب کننده یکی از اجزاء مهم سد می باشد که نقش تعیین کننده ای در تامین ایمنی سد دارد. معمولا برای اطمینان از تحقق اهداف مورد نظر در طراحی یک سرریز آزمایشات مدل هیدرولیکی انجام می پذیرد. اما انجام آزمایشات مدل هیدرولیکی گران و تغییرات در اجزاء مدل بسیار مشکل و پرهزینه می باشد. از طرف دیگر هزینه محاسبات در یک مدل عددی در مقایسه با مدل سازی فیزیکی بسیار پایین می باشد. بنابر این یک مدل عددی قوی، حتی اگر برای محاسبات نهایی طرح مفید نباشد. برای بدست آوردن یک ایده کلی به منظور تصحیح جزییات بسیار مفید می باشد. در تلاشی در این راستا در این پایان نامه برای شبیه سازی جریان سطح آزاد در سرریز از بخش flotran نرم افزار تحلیلگر اجزاء محدود ansys 6.1 استفاده شده است. در این نرم افزار امکان تحلیل مسأله جریان با سطح آزاد در حالت دو بعدی و با استفاده از روش حجم سیال منظور شده است. در این روش تحلیل، جریان سیال به صورت غیر دایمی، تراکم ناپذیر و اشفته در نظر کرفته شده است. معادلات حاکم بر مسأله شامل معادله پیوستگی، معادلات ناویر-استوکس، معادلات آشفتگی و معادله فرارفت سطح آزاد می باشند. جهت مدل کردن اشفتگی از مدل دو معادله ای k-3 استفاده شده است. این معادلات به صورت معادلات دیفرانسیل جزیی می باشند که در نرم افزار مورد استفاده به روش اجزاء محدود مورد گسسته سازی قرار می گیرند. برای تشکیل و حل شکل انتگرالی معادلات بر روی المان ها، از روش باقیمانده های وزنی گالرکین استفاده می شود. ابتدا با تحلیل جریان بحرانی عبوری از روی برآمدگی در یک کانال افقی و همچنین تحلیل جریان سطح آزاد در کانال های با بستر شیبدار که نتایج حل عددی و آزمایشگاهی آن ها در دست است. صحت کاربری بخش flotran نرم افزار در تحلیل جریان های سطح آزاد، مورد بررسی قرار گرفته و سپس جریان سطح آزاد سرریز سد سیمره برای دبی های مختلف با استفاده از این نرم افزار مورد تحلیل قرار گرفته است. پس از تحلیل مسأله، نتایج به دست آمده از تحلیل میدان جریان به کمک نرم افزار ansys با نتایج به دست آمده از مدل آزمایشگاهی، که با مقیاس 1:50 و توسط مرکز تحقیقات آب (وابسته به وزارت نیرو) ساخته شده است، مقایسه شده و نتایج این مقایسه ها در جداول و نمودارهای مربوط ارایه شده است.