شبيه سازي و بهينه سازي پارامترهاي هيدروليكي جريان آشفته در تخليه كننده هاي تحتاني سد با استفاده از Open FOAM

مقدمه: استفاده از روش هاي عددي به طور گسترده در تشخيص عملكرد سيستم هاي هيدروليكي و بهينه سازي آنها مورد استفاده قرار مي گيرد. مدل سازي عددي هزينه كمتري نسبت به كار تجربي دارد. روش هاي عددي مي توانند براي بررسي صحت نتايح و مقايسه بين آنها نيز مورد بهره برداري قرار بگيرند. در اين پايان نامه روش حجم سيال براي شبيه سازي جريان سطح آزاد آب در داخل تخليه كننده تحتاني سد كاني رش مورد استفاده قرار گرفته است. از آنحاييكه جريان در داخل تخليه كننده ها به صورت آشفته است، از مدل هاي توربولانسي k-ε ، k-ε RNG ، k-ω SST ، k-ω و همچنين LES استفاده و مقايسه شده اند. همچنين ضريب تخليه در داخل تخليه كننده تحتاني و دبي هوادهي نيز مورد بررسي و مقايسه قرار گرفته است. روش: براي شبيه سازي جريان توربولانسي داخل تخليه كننده تحتاني، معادلات پيوستگي، ممنتوم، انرژي و معادله حالت به همراه معادلات مربوط به مدل هاي آشفتگي مذكور با استفاده از نرم افزار اپن فوم حل شده اند. مجموعه معادلات بقاي جرم، بقاي ممنتوم و انرژي براي جريان آشفته كه اصطلاحاً به آن ها معادلات متوسط گيري رينولدز گفته مي شود، معادلات حاكم بر جريان بوده و با حل عددي آنها به مدل سازي جريان پرداخته مي شود. يافته ها: شبيه سازي و بهينه سازي پارامترهاي هيدروليكي جريان آشفته در تخليه كننده هاي تحتاني سد كاني سيب با استفاده از اپن فوم ( OpenFOAM) پردخته شده است. نتايج بر روي پارامترهاي تخليه كننده تحتاني سد كاني سيب صورت گرفته است. و بهينه سازي نيز با استفاده از الگوريتم ژنتيك انجام پذيرفته است. در اين تحقيق مشخص گرديد كه با افزايش قطر هيدروليكي، ضريب تخليه افزايش مي يابد. همچنين با افزايش قطر هيدروليكي، هسته ي جت سيال آب داخل تخليه كننده دچار نوسان شديدي مي گردد كه ميتواند افزايش تنش برشي را رقم بزند. افزايش بيش از حد تنش برشي از طرفي مي تواند باعث خوردگي جداره هاي تخليه كننده گردد. از طرف مقابل با كاهش بيشتر تنش برشي، رسوبگذاري در داخل تخليه كننده تحتاني افزايش مييابد. در ضمن با افزايش طول تخليه كننده تحتاني، ضريب تخليه دچار كاهش ميشود. انتخاب بهينه طول تخليه كننده تحتاني وابسته به ارتفاع پشت سد مي باشد. با افزايش ميزان بازشدگي، ضريب تخليه نيز افزايش مييابد و مدل توربولانسي k-ε نتايج قابل قبول تري براي تخمين نتايج به دست مي دهد. در نهايت براي هر دبي هوادهي، يك مجموعه مقادير بهينه براي ضريب تخليه و ميزان بازشدگي به دست آمده است.نتيجه گيري: در اين تحقيق به شبيه سازي و بهينه سازي پارامترهاي هيدروليكي جريان آشفته در تخليه كننده هاي تحتاني سد كاني سيب با استفاده از اپن فوم(OpenFOAM) پرداخته شده است. نتايج بر روي پارامترهاي تخليه كننده تحتاني سد كاني سيب صورت گرفته است. و بهينه سازي نيز با استفاده از الگوريتم ژنتيك انجام پذيرفته است. نتايج بيانگر اين مطلب است كه روش عددي استفاده شده در اپن فوم، با كارهاي تجربي تطابقت بسيار خوبي دارد، مخصوصاَ در مدل توربولانسي k-ω نسبت به k-ε. نتايج بيانگر اين مطلب بود كه در درصد خطا شبيه سازي براي ضريب تخليه چيزي در حدود ۷ درصد مي باشد و نتايج بهينه و شبيه سازي براي دبي هوادهي نيز به ترتيب برابر مقدار 20 و 24 متر مكعب بر ساعت است. همچنين مشخص گرديد كه با افزايش قطر هيدروليكي، ضريب تخليه افزايش مي يابد و با افزايش طول تخليه كننده تحتاني، ضريب تخليه دچار كاهش مي شود. انتخاب بهينه طول تخليه كننده تحتاني وابسته به ارتفاع پشت سد مي باشد.