شبيه سازي عددي غلظت هوا در جريان غير ريزشي روي سرريزهاي پلكاني

Numerical Modeling of Air Concentration in Skimming Flow Regime on the Stepped Spillways

در مطالعه ي حاضر، سطح آزاد و الگوي جريان عبوري از روي سرريزهاي پلكاني، در نظام جريان غير ريزشي با استفاده از نرم افزار فلوينت و استفاده از شبيه هاي سطح آزاد VOF و Mixture و شبيه هاي آشفتگي k-? Standard، k-? RNG، k-? Realizable و RSM شبيه سازي گرديده است. براي صحت سنجي شبيه عددي، از نتايج توزيع سرعت و غلظت به دست آمده از شبيه آزمايشگاهي آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه كويينزلند استراليا كه در سال 2002الف به وسيله ي چانسون و تومبيز انجام گرديده، استفاده شده است. مقايسه دستاوردها نشان مي دهد كه نتايج به دست آمده از شبيه سازي عددي در دو روش VOF و Mixture با استفاده از شبيه هاي آشفتگي فوق، در تطابق مناسبي با يكديگر و با نتايج آزمايشگاهي مي باشند. بطور كلي، در توزيع غلظت، شبيه آشفتگي k-? Standard براي بده هاي زياد به نتايج بدتري مي رسد، و براي بده هاي پايينتر مشابه ساير شبيه ها عمل مي كند، ولي در توزيع سرعت شبيه آشفتگي k-? Standard نتايج بهتري را ارايه مي دهد. الگوي جريان آب و هواي تشكيل شده در شبيه هاي Mixture و VOF يكسان مي باشد، ولي زمان همگرايي شبيه Mixture در مقايسه با شبيه VOF كمتر و شبيه آشفتگي RSM داري بيشترين زمان همگرايي و شبيه آشفتگي k-? Standard داراي كمترين زمان همگرايي در هر دو شبيه VOF و Mixture مي باشد. همچنين، از بين روزنه هاي مختلف، روزنه ي غير يكنواخت Tri pave بهترين نتايج را بدست مي دهد.

In the present study, the flow field on stepped spillways in the skimming flow regime was modeled using free surface models of VOF and Mixture developed in Fluent software. Standard k-?, RNG k-?, Realizable k-? and RSM turbulence models were used to resolve the Reynolds stresses. The results of concentration and velocity distribution were compared with those from an experimental study carried out by Hansson and Toombes in 2002 using a physical model set up in the hydraulic Laboratory at the University of Queensland. Comparing the results of VOF and Mixture models shows that the results obtained from the numerical modeling using the above-mentioned turbulence models, are in relative adaptation to each other and laboratory results. In general, the model of Standard k-? presents worse results for concentration distribution in high discharges, but it acts like the other models in lower discharges. The results of velocity distribution obtained from Standard k-? turbulence model using both methods of VOF and Mixture are more suitable results. The air and water flow pattern formed in models of Mixture and VOF are the same, but convergence time of the Mixture model is shorter than that of VOF model. RSM turbulence model privileges the longest convergence time and the Standard k-? model has the shortest convergence time in both models of VOF and Mixture. In addition, among the different meshes, the Tri pave discordant mesh brings about the best results.