شبيه سازي دو بعدي جريان در سرريزهاي پلكاني با استفاده از مدل هاي آشفتگي و مقايسه نتايج با مدل فيزيكي

2D Simulation of Flow over Stepped Spillways with Turbulent Models and Comparing the Results with Physical Model

چكيده سرريزهاي پلكاني به دليل تاثير قابل توجه آن بر استهلاك انرژي جريان و به جهت قابليت تطبيق ساخت آن با تكنولوژي بتن غلطكي كوبيده داراي اهميت زيادي هستند. در طراحي اين سرريزها معمولا از مدل فيزيكي استفاده مي شود كه مستلزم صرف هزينه و زمان زياد مي باشد. اما توسعه كامپيوترهاي با سرعت بالا راه را براي انجام فعاليت در زمينه ديناميك سيالات محاسباتي هموار كرده است و با استفاده از آن مي توان از صرف هزينه و زمان زياد جلوگيري نمود. در اين تحقيق از داده هاي فيزيكي جهت شبيه سازي جريان در سرريزهاي پلكاني استفاده شده است. مدل محاسباتي مورد استفاده نيز مدل كامپيوتري FLUENT مي باشد. رژيم هاي جريان رويه اي و بينابيني براي اين سرريز مورد بررسي قرار گرفت. پارامترهاي مدل شده شامل عمق مشخصه (y90)، سرعت مشخصه (V90) و سرعت جريان آب زلال و غلظت متوسط هوا بودند. مدل هاي جريان چند فازي حجم سيال (VOF)، اختلاط و اولرين و همچنين مدل هاي تلاطم k-? به صورت دوبعدي و سه بعدي به همراه الگوريتم هاي حل همزمان فشار - سرعت PISO وSimple مورد استفاده قرار گرفت. از بين مدل هاي جريان چندفازي، مدل اختلاط و از بين مدل هاي تلاطم، مدل RNG k-? بهترين جواب را داشتند. نتايج بدست آمده، براي رژيم رويه اي جهت برآورد پارامترهاي طراحي با در نظر گرفتن اختلاط حباب هوا مناسب تر و براي رژيم جريان بينابيني ضعيف است.

Abstract Stepped spillways have significant importance for their indisputable effect on energy dissipation and for compatibility with roller compact concrete method in construction. In order to design these spillways, physical models are commonly used in spite of spending great time and cost. Progress of high speed computers, however, permits to utilize computational fluid dynamic (CFD) method and therefore diminishing time and cost. In this research, some physical results are used for simulation of flow on stepped spillways, by applying FLUENT CFD package. Skimming and transitional regimes are investigated for the spillway. The simulated parameters were characteristic depth (y90), characteristic velocity (V90), clear water velocity and mean air concentration. Multiphase models consisting of volume of fluid (VOF), mixture and Eulerian and also turbulence models of k-?, also coupling pressure-velocity algorithms of PISO and Simple were used both two and three dimensionally. Mixture and RNG k-? for multiphase and turbulence models totally produced satisfactory results. The results were good for evaluation of the hydraulic parameters considering air bubble entrainment in skimming regime and relatively poor for transitional regime.