صحت‌سنجي پارامترهاي شاخص جريان روي سرريز با استفاده از نتايج مدل المان محدود ANSYS CFX (مطالعه موردي: سرريز سد آزاد، سنندج)

Verification of indicator parameters of flow field on spillways using finite element ANSYS CFX model (Case Study: Azad Dam Spillway, Sannandaj

مدلسازي فيزيكي همراه با استفاده از مدل­ هاي عددي با دقت مطلوب براي شرايطي كه امكان مدل سازي به ازاي دبي­هاي زياد در آزمايشگاه به دليل محدوديت­ هاي هيدروليكي و فيزيكي ميسر نباشد امري اجتناب­ ناپذير است. در اين تحقيق، ضمن اندازه ­گيري­ هاي مدل فيزيكي، از مدل عددي المان محدود ANSYS CFX براي شبيه ­سازي عددي ميدان جريان شامل سرعت، فشار و ضريب كاويتاسيون براي مدل سريز سد آزاد استفاده شده است. به كمك دو معيار آماري R2 و RMSE، مدل آشفتگي RNG (k-ε) براي شبيه ­سازي ميدان جريان طي فرآيندهاي واسنجي و صحت­ سنجي انتخاب شد. اين مدل توانايي زيادي در تحليل جريان­ هاي داراي كرنش سريع و خطوط جريان منحني­ الخط دارد. علي­رغم خطاي ميانگين 2 تا 3 درصدي بين داده­ هاي مدل عددي و مدل فيزيكي، همگرايي بسيار مناسبي بين داده ­هاي مدل عددي و مدل فيزيكي مشاهده شد كه دليل آن استفاده از مدل­ هاي اويلري-اويلري و مدل لاگرانژي براي جريان­ هاي آشفته دو فازي توسط ANSYS CFX است. با استفاده از مدل عددي، به ازاي سيلاب­ هاي 1000 ساله، 10000 ساله و حداكثر سيلاب محتمل به ترتيب با مقادير 1400، 1800 و 2290 مترمكعب بر ثانيه، ميدان سرعت، فشار و ضريب كاويتاسيون ارزيابي گرديد. نتايج ضمن تاييد و انطباق خروجي مدل عددي با مقادير مدل فيزيكي، در خصوص پديده مخرب كاويتاسيون مشخص شد در محدوده 115 متري سطح شيب دار تندآب منتهي به پرتاب كننده، ضريب كاويتاسيون زير خط بحراني قرار دارد كه نياز به وجود هواده در مسير تنداب مي­باشد.

It’s unavoidable to use physical modeling accomplished by precise numerical models at conditions faced to hydraulically and physically limitations for high discharges. In this research work, besides laboratories measurements, ANSYS CFX numerical model was applied to simulate flow field properties including pressure, velocity and cavitation index. Applying two statistical indices R2 and RMSE, RNG(k- ε) was selected as superior turbulent model to simulate flow field during calibration and verification processes. This turbulent model has more capability for analyzing flow of rapid strain and curvature streamline. Contrary to 2 to 3 percent average error, there was appropriate convergence between numerical and physical models because of using Eulerian- Eulerian and Lagrangian model in ANSYS CFX for two phase’s turbulent flow. For discharges of return period 1000 yr, 10000 yr and PMP with corresponding values as 1400, 1800 and 2290 (m3/s) numerical model was used to predict flow velocity, flow pressure and cavitation index. Alongside conformity between numerical model outputs with laboratory results showed about destructive cavitation phenomena that cavitation index is under critical value line at 115 m of sloped Shute ended to flip bucket which aeration is needed through the chute.