مدل های تحلیلی جریان دو فازی آب-هوا در سرریزهای شوت و پلکانی

در این پایان نامه نتایج حاصل از مطالعه ی تحلیلی بر روی جریان دوفازی عبوری از روی سرریز پلکانی و تنداب در ناحیه ی توسعه یافته ارایه شده است. با اعمال فرضیات حاکم بر جریان دوفازی آب-هوا در معادلات پخشیدگی و انتشار، معادله ی پیوستگی برای هوا در جریان دوفازی بدست می آید. با جایگذاری رابطه ی توزیع سرعت ارایه شده توسط چیو (1988) در معادله ی پیوستگی هوا و اعمال شرایط مرزی برای جریان دوفازی، سه مدل قابل قبول برای توزیع غلظت هوا در مقطع جریان بدست می آید. به دلیل مشخص نبودن مقدار دقیق عمق جریان دوفازی ( ) از سه فرضیه ی متفاوت برای عمق جریان استفاده شده است: ، و ( به عنوان مثال معرف عمقی از مقطع جریان است که غلظت هوا در آن نقطه برابر 90 درصد است). در این تحقیق همانند مطالعه ی استراب و اندرسون (1958)، مقطع جریان به دو ناحیه ی بالا و پایین تقسیم شد و مرز بین این دو ناحیه پس از تحلیل نتایج حاصل از مدل های ارایه شده برای ناحیه ی پایین بدست می آید. برای محاسبه ی مقدار خطا و همبستگی نتایج بدست آمده از مدل های حاضر با نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون (1958)، نتایج تحلیلی چانسون (1994) و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام (1997 و 1999) از دو معیار و استفاده شده است. با استفاده از این دو معیار مشخص شد که نتایج بدست آمده از مدل های حاضر برای ناحیه ی پایین به نتایج تحلیلی-تجربی استراب و اندرسون و نتایج تجربی چمنی و راجاراتنام بسیار نزدیک است. به دلیل اغتشاش و آشفتگی زیاد در نزدیکی سطح جریان دوفازی، برای توزیع غلظت هوا در ناحیه ی بالایی جریان از توزیع تصادفی نمایی استفاده شده است. حداکثر خطای نتایج حاصل از توزیع تصادفی نمایی برای ناحیه ی بالا نسبت به نتایج آزمایشگاهی با استفاده از معیار خطای برابر 02/0 بدست آمد. با استفاده از توزیع غلظت هوای مدل پیشنهادی در معادله ی افت نسبی انرژی ارایه شده توسط چمنی و راجاراتنام برای سرریز پلکانی، افت نسبی انرژی در تنداب بین 44 تا 59 درصد بدست آمد.