بررسي عددي و آزمايشگاهي الگوي جريان در تقاطع 90 درجه كانال‌هاي مستطيلي

Numerical and experimental study of flow pattern at the junction of 90o rectangular channels

در اين مقاله ديناميك و الگوي جريان در تقاطع كانال‌هاي مستطيلي مورد بررسي قرار گرفته است. زاويه تقاطع كانال‌هاي اصلي و فرعي 90 درجه‌ بوده است. سرعت جريان به‌وسيله سرعت‌سنج داپلر صوتي و عمق جريان با عمق‌سنج نقطه‌اي اندازه‌گيري شده و الگوي جريان براي دو حالت آزمايشگاهي و عددي مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي بردارهاي سرعت جريان در جهت‌هاي مختلف و همچنين براي مقدار متفاوتي از نسبت‌هاي دبي جريان (نسبت دبي جريان در كانال بالادست به كل دبي جريان) مورد توجه بوده است. مقايسه نتايج مدل عددي و آزمايشگاهي نشان داد كه شبيه‌سازي جريان‌هاي ثانويه به‌خوبي توسط مدل انجام شده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه از تركيب دو جريان بالادست و جريان كانال جانبي، جريان چرخشي به‌وجود مي‌آيد كه ناحيه چرخشي جريان در كانال اصلي را نيز تحت‌تاثير قرار مي‌دهد. اين جريان ثانويه كه در پايين‌دست كانال اصلي به‌وجود مي‌آيد كاملاً تحت‌تاثير نسبت دبي جريان در بالادست كانال اصلي به كل جريان مي‌باشد. در محل تقاطع جريان در كانال اصلي و كانال فرعي جريان چرخشي به‌دست مي‌آيد كه در سطح به‌سمت ديواره سمت راست كانال اصلي و در كف به‌سمت ديواره سمت چپ است. ابعاد ناحيه چرخشي، با افزايش نسبت دبي جريان كاهش مي‌يابد. بردارهاي سرعت جريان عرضي (v) و عمقي (w) در ابتداي ورود جريان جانبي از شدت بسيار پاييني برخوردارند و در محل برخورد دو جريان اصلي و فرعي مقدار آن‌ها به‌شدت افزايش مي‌يابد. با ادامه حركت جريان به‌سمت پايين‌دست پس از محل برخورد دو جريان دوباره شدت جريان‌هاي عرضي و عمقي كاهش يافته و جريان يك‌بعدي با سرعت طولي غالب در كانال اصلي برقرار مي‌گردد. همچنين مشاهده شد در جايي كه حداكثر تنگ‌شدگي جريان رخ داده است اندازه بردارهاي عرضي جريان نيز حداكثر مي‌باشد.

In this paper flow pattern at 90o, rectangular channel junctions have been studied. Flow pattern in open channel junctions was studied both experimentally and numerically. Velocity measurements were taken using an acoustic doppler velocimeter and depth measurements were made using a point gauge over a grid defined throughout the junction channel region. Velocity distribution in various plates for six discharges ratio Q* was investigated. Results showed that there is a good agreement between the model simulation and the experimental measurements. Both experiments and numerical model showed that by combining two flows in the main and lateral channel, producing a helical flow in the main channel affecting flow pattern. This helical flow formed a separation zone at downstream of lateral channel and this separation zone affecting by discharge ratio. This zone has an inclination to the main right wall at upper layer and in lower layer has an inclination to the left wall. When decreasing Q* separation zone is also decreased in width and length. Longitudinal and vertical velocity vectors in the main channel have small magnitude at upstream main channel. By combining the lateral flow and main flow increasing the magnitude of transversal velocities results also indicate that maximum transversal velocities occur at maximum contraction of flow.