مدل‌سازي عددي هيدروديناميك جريان به منظور طراحي بهينه حوضچه‌هاي پرورش ماهيان سردابي

Numerical modeling of hydrodynamic flow for optimizing design of coldwater fish rearing ponds

تحقيق حاضر به بررسي طراحي بهينه حوضچه‌هاي مستطيل شكل پرورش ماهيان سردآبي مانند قزل‌آلاي رنگين كمان بر اساس شاخص راندمان هيدروليكي به منظور بررسي اختلاط هيدروديناميكي جريان مي‌پردازد. شاخص راندمان هيدروليكي توسط منحني توزيع زمان ‌ماند هيدروليكي حوضچه معين مي‌گردد. در اين پژوهش، تعداد 10 حوضچه پرورش ماهي مستطيل شكل فرضي به مساحت 120 مترمربع و با ضرايب شكل متفاوت (از 13/0 تا 83/20) مد نظر قرار گرفته است. براي شبيه­سازي جريان و محاسبه راندمان هيدروليكي حوضچه‌ها، از يك مدل عددي هيدروديناميكي جريان ميانگين عمقي و مدل آشفتگي اسماگورينسكي به همراه معادله انتقال-پخش به روش احجام محدود بر روي شبكه بي‌ساختار مثلثي استفاده شده است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي جريان درون حوضچه‌ها مبين عملكرد مناسب­تر وضعيت هيدروليكي در ضرايب شكل بالاتر است. يافته­هاي حاصل از تحقيق انتخاب حداقل ضريب شكل معادل 2 را براي اختلاط جريان (راندمان هيدروليكي بيش از 50%) الزامي مي­داند. با اين حال پيشنهاد مي­شود به منظور اختلاط مناسب جريان در حوضچه مستطيلي، حداقل ضريب شكل برابر با 5/7 (راندمان هيدروليكي بيش از 75%) انتخاب شود. در صورتي كه با توجه به شرايط محيطي امكان احداث حوضچه با ضريب شكل بالا (بيش از 5/7) وجود نداشته باشد، مي‌توان با اصلاح وضعيت هندسي حوضچه در بخش ورودي و كاهش مناطق مرده، حداقل ضريب شكل را معادل با 5 در نظر گرفت.

The current study deals with the optimal design of rectangular rearing ponds of coldfish water like trout based on hydraulic efficiency for investigating the hydrodynamic flow mixing. The hydraulic efficiency criterion is defined by the residence time distribution curve of the pond. In this study, ten artificial rectangular rearing ponds with 120 m2 area and different aspect ratios (form 0.13 to 20.83) have been considered. In order to calculating the hydraulic efficiency, depth averaged hydrodynamic numerical model, Smagorinsky turbulence model and convectivediffusive equation using finite volume technique on unstructured triangular mesh have been applied. According to the findings of the study, choosing a minimum aspect ratio of 2 (hydraulic efficiency more than 50%) is essential for having an acceptable level of water mixing. However, it is recommended to choose a minimum aspect ratio of 7.5 (hydraulic efficiency more than 75%) for high level of water mixing. In cases of physical limitations for constructing rectangular pond with the minimum aspect ratio of 7.5, the minimum aspect ratio can be considered as 5 by improving the geometry of the inlet part and reducing dead zones.