مقايسه‌ي شبيه‌هاي مختلف آشفتگي به منظور شبيه‌سازي مناسب جريانهاي چگال در مجاورت محل كاهش شيب بستر

Numerical simulation of density currents near bed with slope reduction using various turbulent models

جريان هاي چگال، به دليل وجود تفاوت جرم حجمي مابين دو سيال، و يا مابين لايه‌هاي يك سيال، ايجاد مي‌گردند. در اين تحقيق با استفاده از يك شبيه عددي (نرم‌افزار پوياي سيالات محاسباتي FLUENT) اقدام به شبيه‌سازي جريانهاي چگال شور عبوري از روي يك بستر حاوي ناپيوستگي شيب گرديد. گفتني است كه از نتايج آزمايشگاهي مطالعات گارسيا (1993) به منظور واسنجي و اعتبارسنجي نتايج محاسباتي كمك گرفته شد. معلوم گرديد كه استفاده از شبيه آشفتگي (از نوع RNG)، و شبكه‌اي با ابعاد بهينه، به خوبي مي‌تواند ويژگيهاي جريان چگال شور را با توجه به مساله‌ي شكست شيب شبيه‌سازي نمايد. اين مطلب در مورد نيمرخهاي قايم سرعت و غلظت موضعي (در مقاطع فوق و زيربحراني پيش و پس از پرش چگال)، ضخامت جريان چگال، رخدادن پرش چگال، مقدار بيشترين سرعت موضعي و ارتفاع متناظر با اين سرعت صادق مي‌باشد. ضمناً، نتايج عددي جهت شبيه‌سازي ضخامت جريان چگال شور (در ناحيه زيربحراني پس از پرش، و نيز در ناحيه پرش، بويژه در ناحيه‌ي فوق‌بحراني پيش از پرش) نشان داد كه علاوه بر شبيه آشفتگي از نوع RNG، شبيه آشفتگي از نوع معيار نيز سازگاري نسبتاً مناسبي را با نتايج آزمايشگاهي از خود نشان مي‌دهد. در اين تحقيق، موقعيت بيشترين سرعت در ناحيه‌ي فوق‌بحراني جريان چگال شور نسبت به ناحيه زيربحراني به بستر، نزديكتر بود. همچنين، استفاده از شبيه آشفتگي از نوع RNG منجر به نيمرخهاي دقيقتري از سرعتهاي موضعي نسبت به نيمرخهاي قايم غلظتهاي موضعي گرديد. علاوه بر اين، به علت محدوديت در عمق آب تميز محيطي، يك جريان برگشتي در نتايج شبيه عددي مشاهده گرديد. نهايتا، با افزايش شيب قسمت ابتدايي بستر، علاوه بر انتقال موقعيت پرش چگال به پايين‌دست جريان، مقدار اختلاط سيال محيطي با جريان فوق‌بحراني پيش از پرش نيز در مقايسه‌ي با ساير قسمتهاي جريان چگال افزايش بيشتري مي‌يافت

Gravity or density current is produced due to a density contrast among two different fluids or among two layers of a single fluid. In this research work, the saline gravity current near bed with slope reduction was simulated numerically, using FLUENT software. The experimental results were used in order to calibrate the numerical model. The obtained results showed that density current was simulated accurately, using turbulent model (RNG type) and optimized grid. This result was found especially for the vertical profiles of local velocity and volumetric concentration (for both sub and supercritical sections), the density height, the maximum value of mean velocity and the corresponding height of this velocity. The numerical results showed that both standard and RNG turbulent model was accurate for calculation of saline gravity current height. In this paper, using turbulent model (RNG type), better similarity collapses of velocity profiles were obtained in comparison with concentration profiles. Moreover, due to ambient water height limitation, a circulation flow was found in numerical results. Finally, the numerical model indicated that for given initial conditions, as initial bed slope increases, the location of the density jump is moved farther downstream, and also the amount of ambient water entrained along the supercritical regions increases with the increase of the initial bed slope.