شبيه‌سازي عددي پرش هيدروليكي بر روي سطوح موج‌دار

Numerical Simulation of Hydraulic Jump on Corrugated Beds

يكي از راه‌هاي بهينه كردن مشخصه‌هاي هندسي پرش هيدروليكي ايجاد سطح موج‌دار در محل پرش است به‌طوري‌كه سطح موج‌دار با به‌وجود آوردن اختلاط شديد در جريان باعث افزايش تنش رينولدز و اصطكاك بستر مي‌شود. در اين حالت پرش هيدروليكي براي تشكيل به عمق پاياب كم‌تري نياز داشته و در نتيجه طول پرش به شكل معني‌داري كاهش مي‌يابد. در اين پژوهش با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D و به‌كارگيري روش حجم سيال (VOF) در تحليل جريان آزاد و مدل‌هاي تلاطمي k-? و RNG k-? شبيه‌سازي عددي پرش هيدروليكي بر روي سطح موج‌داري با ارتفاع زبري 13 ميلي‌متر، فواصل بين زبري 68 ميلي‌متر، در اعداد فرود 5/8-5/3 انجام شد و با نتايج به‌دست آمده از بررسي‌هاي آزمايشگاهي توسط پژوهش‌گران مختلف مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج توانايي مدل RNG k-? را در تخمين عمق ثانويه، طول پرش و توزيع سرعت را به‌خوبي نشان مي‌دهد. ضريب تنش برشي برآورد شده توسط مدل عددي به نتايج به‌دست آمده از بررسي‌هاي آزمايشگاهي بسيار نزديك بوده و به‌طور متوسط 8 برابر مقدار آن در پرش هيدروليكي بر روي سطوح صاف برآورد شده است. با توجه به نتايج به‌دست آمده، مدل آشفتگي RNG k-? در مقايسه با مدل k-? در مدل‌سازي پرش هيدروليكي بر روي سطح‌هاي موج‌دار از دقت بالايي برخوردار است. واژه‌هاي كليدي: پرش هيدروليكي، سطح‌هاي موج‌دار، شبيه‌سازي عددي، حجم محدود، k-? RNG

One of the ways to improve characteristics of hydraulic jump is using corrugated beds in location that hydraulic jump is occurred as the corrugated beds by causing strong turbulence in flow, increased Reynolds stress and reduced velocity and second depth of jump. In this study, by applying VOF method and turbulent models of k-? and RNG k-?, a series of hydraulic jumps on corrugated bed by 13 mm height and 68 mm wave length in a range of Froud number from 3.5 to 8.5 were performed and results were compared by some experimental data. Results of this research showed that the proposed model by applying RNG k-? turbulent model that has fine ability to modeling flow with high shear stress, estimated second depth, length of jump and velocity distribution of hydraulic jump on corrugated beds, very well. In addition, the results indicated that the numerical model could estimate shear stress coefficient of jump on corrugated bed close to the experimental results. The estimated value of shear stress coefficient on corrugated bed by numerical model was 10 times of this value in classical hydraulic jump. Keywords: Hydraulic jump, Corrugated beds, VOF, RNG k-?