شبيه سازي عددي پرش هيدروليكي بر روي بستر موج دار با مدل FLUENT

Numerical Simulation of Hydraulic Jump on Corrugated Bed Using FLUENT Model

پرش هيدروليكي براي استهلاك انرژي در پايين دست سازه‌هاي هيدروليكي از جمله سرريزها، تندآب‌ها و دريچه‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بررسي محققين نشان مي‌دهد كه بستر موج دار در كاهش عمق ثانويه و طول پرش هيدروليكي موثر مي‌باشد. پرش هيدروليكي بر روي بستر موج دار متلاطم بوده و با اختلاط آب و هوا همراه مي باشد. در اين تحقيق پرش هيدروليكي بر روي بستر موج دار با استفاده از مدل‌هاي آشفتگي ?-k استاندارد و ?-k RNG و بكارگيري نرم افزار ديناميك محاسباتي FLUENT به صورت دو بعدي شبيه سازي ‌شد و سطح آزاد جريان با روش جزي حجم سيال VOF تعيين گرديد. نتايج نشان داد كه مدل هاي آشفتگي k-? و روش جزي حجم سيال VOF براي پيش بيني پروفيل سطح آب در پرش هيدروليكي بر روي بستر موج دار مناسب بوده و خطاي نسبي متوسط مقادير سطح آب بدست آمده از مدل هاي عددي و اندازه گيري شده 2 تا 7 درصد است. بررسي تشابه پروفيل هاي سرعت در فواصل مختلف پرش هيدروليكي نشان داد توزيع سرعت در آزمون هاي مختلف يكسان بوده و نتايج بدست آمده از مدل هاي عددي و داده هاي تجربي ايد و راجاراتنام تطابق خوبي دارند. همچنين تاثير بستر موج دار بر روي خصوصيات پرش هيدروليكي در اعداد فرود مختلف با محاسبه موقعيت سطح آب، پروفيل سرعت و تنش برشي بستر در اين مدل مورد بررسي قرار گرفت.

Hydraulic jump has been used for dissipation of kinetic energy downstream of hydraulic structures such as spillways, chutes and gates. It is found by many researches that if jumps are made to occur on a corrugated bed, tail water and length of jumps will be reduced significantly. During formation of hydraulic jump on a corrugated bed the flow is turbulent, with water and air being mixed together. In the present study numerical simulations of hydraulic jump on corrugated bed were done by the CFD s FLUENT software in two dimensions using standard k-e and RNG k-e models. The free surface was determined using the VOF method. The results showed that the k-e turbulent models and VOF method for predicting water surface in the jump on the corrugated bed were suitable and the relative error of the predicted water surface profiles and measured values were within 2-7 %. The study of the axial velocity profiles at different sections in the jump showed that velocity profiles in different experiments were similar and the agreement between the experimental and numerical results was satisfactory. Also the effects of corrugations on the basic characteristics of the jump such as free surface location, velocity and shear stress distributions were studied for different values of Froude number. Keywords: Corrugated bed, Hydraulic jump, K-e turbulence models, Navier-Stokes equations and Volume of fluid