بررسي تاثير ضريب شكل مخزن بر امواج ناشي از شكست سد با استفاده از روش‌هاي پرش قورباغه و لكس در مختصات منحني‌الخط

سابقه و هدف:پيش‌بيني مولفه‌هاي هيدروليكي عمق و سرعت به دليل تاثيرگذار بودن در شدت فاجعه شكست سد، براي مهندسين هيدروليك همواره حائز اهميت بوده است. در گذشته تحقيقات بسياري به جهت بررسي و پيش‌بيني خصوصيات هيدروليكي امواج ناشي از شكست سد با استفاده از روش‌هاي عددي انجام پذيرفته است. لزوم انجام اين تحقيق، نياز به گسترش دامنه پژوهش‌ها در حل عددي عوامل تاثيرگذار در پديده شكست سد مي‌باشد. در اين تحقيق مدل كامپيوتري جامع در مختصات منحني‌الخط براي انتقال فضاي فيزيكي غيرمستطيلي به فضاي محاسباتي توسعه داده شده است كه با استفاده از روش تفاضل محدود صريح و استفاده هم‌زمان از الگوريتم‌هاي پرش قورباغه و لكس بر روي مش جابه‌جاشده معادلات حاكم بر آب‌هاي كمعمق در مسئله شكست سد را حل مي‌نمايد. اين عمل با افزايش تعداد نقاط درگير در محاسبات و ايجاد ارتباط بيشتر بين آنها باعث مي‌شود گراديان‌هاي تيز هندسي و هيدروليكي هموار شده و احتمال رخ دادن نوسان و عدم همگرايي كمتر شود.مواد و روش‌هادر اين تحقيق معادله‌هاي مورد نظر، معادله‌هاي حاكم بر آب‌هاي كم‌عمق مي‌باشند كه با توجه به عدم توانايي سيستم مختصات كارتزين در انعكاس مرزهاي نامنظم دامنه فيزيكي، در سيستم مختصات منحني‌الخط بر روي شبكه جابه‌جا شده منفصل شده‌اند. روش‌ منفصل‌سازي، روش صريح مي‌باشد كه به صورت همزمان از الگوريتم هاي پرش قورباغه‌اي و لكس بهره مي‌جويد.يافته‌هابه منظور صحت‌سنجي مدل حاضر، مقايسه نتايج آن با انداره‌گيري‌هاي آزمايشگاهي يا با نتايج ساير مدل‌هاي عددي توسط محققان قبلي براي چندين مورد ارايه شده است. از جمله اين موارد شكست ايده‌ال در كانال با عمق پاياب است كه در اين حالت نتايج دبي و عمق آب براي شكست سد در كانال افقي به طول 100 متر با دقت بالا شبيه‌سازي شده است. هم‌چنين شبيهسازي شكست سد با مخزن ذوزنقه‌اي با قاعده بزرگ 2.04 متر، قاعده كوچك 0.51 متر و ارتفاع 2.02 متر در كانال با بستر خشك صورت گرفته است و نتايج مدل براي دبي و عمق با همخواني خوب با نتايج آزمايشگاهي ارائه شده است. شكست جزئي نامتقارن سد در بستر تراز جمله ديگر موارد بررسي شده در اين تحقيق است كه شبيه‌سازي شكست نامتقارن در مخزن با طول و عرض يك متر براي سه حالت ضريب شكل مختلف 1، 1.25 و 1.5 انجام گرفته است. هيدروگراف دبي و اشل براي حالات مختلف شبيه‌سازي شده است با افزايش ضريب شكل مقادير دبي و تراز سطح آب به دليل افزايش حجم مخزن افزايش يافته است.نتيجه‌گيريدر اين تحقيق مدل كامپيوتري در سيستم مختصات منحني‌الخط با در نظر گرفتن معادلات آب‌هاي كم‌عمق و استفاده از روش‌هاي پرش‌قورباغه و لكس به‌صورت هم‌زمان براي پديده شكست سد ارائه شده است. در شبيه‌سازي شكست ايده‌آل بر روي بستر با عمق پاياب مدل حاضر توانايي تقريب حل تحليلي را با دقت بالا دارد. در شبيه‌سازي شكست در مخزن ذوزنقه‌اي بر روي بستر خشك نتايج مدل عددي حاضر با نتايج آزمايشگاهي هم‌خواهني لازم را دارد.در شبيه سازي شكست در مخزن ذوزنقه اي بر روي بستر خشك نتايج مدل عددي حاضر با نتايج آزمايشگاهي هم خواني لازم را دارد. هم چنين به منظور هدف اصلي پژوهش به بررسي نتايج مدل عددي حاضر براي شبيه سازي شكست جزئي نامتقارن سد با ضرايب شكل مختلف(1،1/25، 1/5) مخزن در بستر خشك پرداخته شده است كه مشاهده گرديد تراز سطح آب با تغيير ضرايب شكل به مقادير 1/25 و 1/5 در پي تغيير شكل ديواره هاي مخزن نسبت به مخزن ساده با ضريب شكل يك، به ترتيب به مقدار 17/98 و 26/28 درصد افزايش پيدا مي كند. همچنين مقدار دبي در واحد عرض نيز براي مخزن با ضريب شكل 1/25،1/5، نسبت به مخزن با ضريب شكل يك به ترتيب به مقدار27/42 و 41/32 درصد افزايش يافته است.