بررسي آزمايشگاهي و شبيه سازي عددي پرش هيدروليكي دايروي روي صفحه مقعر

Experimental Study and Numerical Simulation of the Circular Hydraulic Jump on the Concave Target Plate

پرش هيدروليكي دايروي، پديده اي است كه در اثر برخورد يك جت عمودي سيال به يك سطح افقي و در يك فاصله شعاعي مشخص از مركز صفحه (شعاع پرش هيدروليكي)، شكل مي گيرد. اكثر تحقيقات و مطالعات آزمايشگاهي و عددي، پرش هيدروليكي دايروي روي صفحه تخت را مورد تجزيه وتحليل قرار داده اند و اثر تقعر صفحه هدف بر پرش هيدروليكي، تاكنون مورد بررسي قرار نگرفته است. بنابراين در اين پژوهش براي اولين بار با استفاده از نتايج آزمايشگاهي و همچنين شبيه سازي جريان با نرم افزار Fluent، اثر تقعر صفحه هدف بر اندازه و شكل پرش هاي هيدروليكي بررسي شده است. به منظور شبيه سازي پرش هيدروليكي دايروي از روش حجم سيال (VOF) استفاده شده است. اثر كشش سطحي با استفاده از مدل نيروي سطحي پيوسته (CSF) در نظر گرفته شده است و همچنين براي مشخص كردن فصل مشترك دو سيال از طرح بازسازي هندسي استفاده شده است. نتايج تحقيق آزمايشگاهي نشان مي دهد كه شعاع پرش هيدروليكي تابعي از شعاع جت ورودي، شعاع صفحه هدف مقعر و همچنين مقدار دبي جريان است. علاوه بر اين براساس مشاهدات آزمايشگاهي با افزايش شعاع صفحه هدف مقعر شكل اين پرش ها از حالت دايروي خارج و پرش هاي هيدروليكي به صورت چندضلعي ظاهر مي گردند.

A circular hydraulic jump is a phenomenon that is shaped when a vertical fluid jet impinges on a horizontal plate, at a certain radial distance of the plate center (hydraulic jump radius). Most of the experimental and numerical studies have analyzed the circular hydraulic jump on the flat target plate and the effect of the concave plate has not been investigated yet. Therefore, in this study, using the experimental investigation and numerical simulation using Fluent software, the effect of the concave target plate on the size and shape of the hydraulic jump is investigated for the first time. In order to simulate the circular hydraulic jump, the volume of fluid method (VOF) has been applied. The continuous surface force model (CSF) has been used to investigating the surface tension. The geometric reconstruction has been used for determining the interface of the two fluids. According to the experimental results, the hydraulic jump radius is a function of the impingement jet radius, the concave target plate radius, and the volumetric flow rate. Also, based on the experimental observation, by increasing the radius of the concave target plate, the shape of these jumps change from the circular to the polygonal hydraulic jump.