صحت‌سنجی پارامترهای شاخص جریان روی سرریز با استفاده از نتایج مدل المان محدود ANSYS CFX (مطالعه موردی: سرریز سد آزاد، سنندج)

Journal of Water Science & Engineering

مقاله 4، دوره 8، شماره 20، مهر 2018، صفحه 43-57   

نوع مقاله: Original Article

نویسندگان

رامین عبدالله کوخی؛ رضا جعفری نیا؛ مهدی فولادی پناه^*

چکیده

مدلسازی فیزیکی همراه با استفاده از مدل­های عددی  با دقت مطلوب برای شرایطی که امکان مدلسازی به ازای دبی­های زیاد در آزمایشگاه به دلیل محدودیت­های هیدرولیکی و فیزیکی میسر نباشد امری اجتناب­ناپذیر است. در این تحقیق، ضمن اندازه­گیری­های مدل فیزیکی، از مدل عددی المان محدود ANSYS CFX برای شبیه­سازی عددی میدان جریان شامل سرعت، فشار و ضریب کاویتاسیون برای مدل سریز سد آزاد استفاده شده است. به کمک دو معیار آماری R² و RMSE، مدل آشفتگی RNG (k-ε) برای شبیه­سازی میدان جریان طی فرآیندهای واسنجی و صحت­سنجی انتخاب شد. این مدل توانایی زیادی در تحلیل جریان­های دارای کرنش سریع و خطوط جریان منحنی­الخط دارد. علی­رغم خطای میانگین 2 تا 3 درصدی بین داده­های مدل عددی و مدل فیزیکی، همگرایی بسیار مناسبی بین داده­های مدل عددی و مدل فیزیکی مشاهده شد که دلیل آن استفاده از مدل­های اویلری-اویلری و مدل لاگرانژی برای جریان­های آشفته دو فازی توسط ANSYS CFX است. با استفاده از مدل عددی، به ازای سیلاب­های  1000 ساله، 10000 ساله و حداکثر سیلاب محتمل به ترتیب با مقادیر 1400، 1800 و 2290  مترمکعب بر ثانیه، میدان سرعت، فشار و ضریب کاویتاسیون ارزیابی گردید. نتایج ضمن تایید و انطباق خروجی مدل عددی با مقادیر مدل فیزیکی، در خصوص پدیده مخرب کاویتاسیون مشخص شد در محدوده 115 متری سطح شیبدار تندآب منتهی به پرتاب کننده، ضریب کاویتاسیون زیر خط بحرانی قرار دارد که نیاز به وجود هواده در مسیر تنداب می­باشد.    

کلیدواژه‌ها

مدلسازی عددی؛ المان محدود؛ میدان جریان؛ مدل ANSYS CFX

مراجع

آرمان، ع. و ولیزاده، ر. (1397). شبیه سازی سه بعدی تنش برشی در کانال مرکب مستطیلی با استفاده از مدل عددی Ansys Fluent. مجله تحقیقات مهندسی سازه­های آبیاری و مهندسی زهکشی، شماره 72 (19)، ص 181-165.

ابراهیم­نژادیان، ح. و ملایی­نیا، م. ر. (1393). الگوی جریان و استهلاک کارمایه در سرریزهای پلکانی با ارتفاع پله غیریگنواخت با کاربرد نرم­افزار ANSYS CFX. مجله مهندسی منابع آب، شماره 7، ص 96-81.

اسماعیلی،ک.، نقوی، ب.، کورش وحید، ف. و یزدی، ن. (1389). مدلسازی آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان در سرریزهای استوانه ای. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، شماره 31 ، ص 179-166.

اژدری­مقدم، م. و تاج­نسایی، م. (1389). مدل­سازی عددی سلول­های جریان ثانویه در کانال­های ذوزنقه­ای با زبری یکنواخت. مدل­سازی در مهندسی، شماره (8)20، ص 70-57.

اصغری، س. ا. و محققیان، س.م. (1395). بررسی عددی تأثیر ایجاد زبری، الگوی قرارگیری، ارتفاع و شکل زبری در کنترل جریان غلیظ با استفاده از ANSYS CFX. مجله علوم و فنون دریایی، شماره 2 (15)، ص 77-66.

امیری، م. ج.، حیدرپور، م.، بهرامی، م. و رستمیان، ر. (1395). ارزیابی نرم­افزار ANSYS CFX در شبیه­سازی توزیع سرعت و فشار بر روی سرریز تاج دایره­ای. فصلنامه تخصصی علوم و مهندسی آب، شماره 6 (13)، ص 35-23.

حیدرپور، م.، ایزدی نیا، ا. و سعادت پور، ع. (1385). بررسی توزیع فشار روی تاج سرریزهای استوانه­ای و تاج دایره­ای با ارتفاعات مختلف. همایش ملی مدیریت شبکه های آبیاری و زهکشی، 43 تا 41 اردیبهشت، دانشگاه شهید چمران اهواز. ص 351-345.

صفارزاده، ع. ر. و رضایی، ب. (1395). مطالعه عددی اثر عرض سیلاب­دشتهای کانال مرکب منشوری بر روی میدان جریان و اندرکنش بین جریان در کانال اصلی و سیلاب­دشتها. نشریه مهندسی عمران و محیط­زیست، شماره 2 (46)، ص 27-15.

کرمی، ح.، فرزین، س.، حیدری، ع. و حسینی، خ. (1396). شبیه­سازی مشخصات جریان روی سرریز نیمه استوانه­ای با استفاده از نرم افزار عددی ANSYS CFX. مهندسی منابع آب، شماره 10 (34)، ص 60-51.

ورجاوند، پ.، فرسادی­زاده، د.، حسین­زاده­دلیر، ع. و صدرالدینی، ا. (1389). شبیه­سازی سه­بعدی جریان در سرریز جانبی با استفاده از مدل آشفتگی k-ε و مقایسه نتایج با مدل فیزیکی. مجله دانش آب و خاک، شماره 1(20)، ص 118-105.

Bouhadj, L. (2004). Three Dimensional Numerical Simulation of  Turbulent Flow Over Spillways. ASL-AQFlow Inc., Sidney, British Columbia, Canada.

Cassidy, J.J. (1965). Hydraulic model studies of the Trinity dam spillway flip bucket. Central Valley Project, California Hydraulic Laboratory Report No, Hyd-467.

Cea, L., Pena, L., Puertas, J., Vazquez-Cendon, M.E. and Pena, E. (2007). Application of several depth averaged turbulence models to simulate flow in vertical slot fish ways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 133(2), pp: 160-172.

Kim, D. and Park, J. (2005). Analysis of Flow Structure over Ogee- spillway in Consideration of Scale and Roughness Effects by Using CFD Model. Journal of civil Engineering, 9(2), pp: 161-169.

Jounson, M. and Savage, B. (2006). physical numerical comparison of flow over ogee spillway in the presence of tail water. Journal of Hydraulic Engineering, 132(12), pp: 1353-1357.

Paul, G., Chanel, J. and John, C. (2008). Assessment of spillway modeling using computation fluid dynamics. Journal of civil Engineering, 35(12), pp: 1481-1495.

Puertas, J., Pena, L. and Teijeiro, T. (2004). An experimental approach to the hydraulics of vertical slot fish ways. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 130(1), pp: 10-23.