مدل‌سازي عددي و تحليل هيدروديناميك جريان در پرتابه جامي‌شكل و كانال نزديك‌ شونده

Numerical Modeling and Analysis of Flow Hydrodynamics in Flip Bucket and Approach Channel

پرتابه جامي‌شكل بخش اصلي از يك مجموعه استهلاك انرژي جريان به نام سيستم پرش اسكي محسوب مي‌شود. در اين پژوهش پارامترهاي هيدروليكي طول پرتاب، سرعت، فشار و عدد فرود با 4 دبي مختلف توسط نرم افزار Flow-3D روي دو مدل شامل سرريز با پرتابه جامي‌شكل ساده و سرريز با پرتابه جامي‌شكل بعلاوه كانال نزديك‌شونده بررسي گرديده است. به منظور مدل‌سازي آشفتگي، از مدل‌هاي RNG و k-e استفاده شد و صحت­سنجي نشان داد كه مدل k-e دقت بالاتري دارد. نتايج حاكي از آن بود كه مدل شامل كانال نزديك‌شونده نسبت به مدل ديگر، طول پرتاب و استهلاك انرژي بيشتري دارد. حداكثر سرعت در اين مدل، در دبي 20 ليتر بر ثانيه و برابر 2.30 متر بر ثانيه در ابتداي كانال تشكيل شد. بيشترين درصد افزايش سرعت مدل شامل كانال نزديك‌شونده نسبت به مدل نخست نيز برابر 32 درصد و مربوط به دبي 15 ليتر بر ثانيه بود. مقايسه پروفيل‌هاي فشار نيز نشان داد تغييرات فشار در دو مدل تفاوت محسوسي ندارد. علاوه بر اين حداكثر فشار، در مدل نخست و در دبي 25 ليتر بر ثانيه و برابر 2833 پاسكال در پنجه سرريز رخ داد. همچنين، مكان حداكثر عدد فرود (برابر با 4.5) در مدل شامل كانال نزديك‌شونده بر روي كانال و در مدل نخست، در محل فرود پرتابه بود.

Flip bucket is the main part of one energy dissipation structure called ski jump system. In this research, hydraulic characteristics such as jet length, velocity, pressure and Froude Number in four discharges are studied by Flow-3D in two models including spillway with simple flip bucket and spillway with approach channel. For turbulence modeling, RNG and k-e models are used. Validation show that k-e model is more accurate. The results indicate that the approach channel model has longer jet length and more energy dissipation compared to the other model. In this model, maximum velocity, equaling 2.30 meter per second, occurs at the beginning of the channel for 20 liters per second discharge. Also, maximum increase percentage in velocity happens in the model of approach channel spillway amounting 32 percent for discharge of 15 liters per second. The results of pressure analysis showed that the pressure changes in the two models have no tangible difference. Moreover, maximum pressure is on the toe of the spillway in the first model amounting 2833 Pa for discharge of 25 liters per second. Additionally, maximum Froude Number (4.5) occurs at jet fall in the simple flip bucket model and in approach channel model it occurs in the channel.