مدل سازي آزمايشگاهي و عددي جريان درون حوضچه رسوب گير گردابي با آب زلال و بررسي كارآيي آن

Study of Vortex Settling Basin Performance for Different Discharges by Experimental and Numerical Modeling

حوضچه رسوب­ گير گردابي يك سازه رسوب­ گير مداوم، كارآ براي حذف رسوبات بار بستر و بار معلق درشت دانه مي‌باشند. در اين مطالعه، آزمايشاتي در آزمايشگاه گروه مهندسي علوم آب دانشگاه فردوسي مشهد بر روي ستاپ حوضچه گردابي با جريان آب زلال انجام شد. شدت جريان در محدوده 8-22 ليتر در ثانيه بود. سرعت 3بعدي درون حوضچه با استفاده از ADV اندازه گيري شد. ميدان جريان با استفاده از معادلات ناوير- استوكس در حالت آرام (حل مستقيم با مش درشت) و با كاربرد مدل­هاي تلاطمي k-ε standard، k-ω و Smagorinsky حل شد. راندمان جريان خروجي به كل جريان ورودي تعيين، خطوط هم تراز آب ترسيم و سرعت مماسي اندازه­گيري شد. نسبت راندمان جريان خروجي به كل جريان ورودي برابر 75 تا 87/5 درصد اندازه­ گيري شد. معادله پروفيل سطح آب و معادله سرعت مماسي با استفاده از آناليز ابعادي و رگرسيون تعيين و رابطه سرعت با رابطه تجربي ساير پژوهشگران مقايسه شد. نتايج راندمان جريان خروجي و پروفيل سطح آب و سرعت مماسي محاسبه شده از مدل­هاي تلاطمي با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شد و مدل Smagorinsky داراي هم­خواني مناسبي با نتايج آزمايشگاهي بود و خطاي نسبي مدل كم­تر از 3% بود. شكل­ گيري نواحي گردابي آزاد و اجباري در مدل Smagorinsky مشابه نتايج آزمايشگاهي بود.

A vortex settling basin (VSB) is an efficient continuous flushing structureto remove bed loads and coarse suspended loads. In present study, experiments were conducted in Hydraulics lab of Water Science and Engineeing Departmentat Ferdowsi University of Mashhad on a vortex settling basin model with clear water. The flow rate varied in the range of 8-22 L/s .Velocity was measured in three dimensions within the chamber using ADV. The flow field iscalculated using 3D Reynolds-averaged N–S equations, laminar case (coarse DNS) and turbulent models including standard k-ε, k-ω and Smagorinsky models. The abstraction ratio was determined, water surface counters were depicted and tangential velocity was calculated. The abstraction ratio was in range of 75-87.5%.Flow depth and tangential velocity formula were determined based on dimensional analysis and linear regression. The obtained empirical equations werecompared withother extant empirical equations. Results of turbulent models including abstraction ratio, water surface profile and tangential velocity were compared to the experimental data. Smagorinsky model showed better agreement with the experimental data and the relative error of the model was less than 3%. The free and forced vortex regions in Smagorinsky model was more similar to those in experimental data.