آناليز عددي مشخصه هاي جريان عبوري از سرريز استوانه اي با استفاده از مدل Flow3D

Numerical Analysis of Flow Parameters over the Cylindrical Weir Using Flow3D Model

سرريز از رايج ترين وسايل اندازه گيري شدت جريان در مجاري روباز هستند. سرريز استوانه اي يكي از انواع سرريز هاي لبه پهن مي باشد كه به دليل الگوي جريان پايدار و سهولت عبور اجسام معلق داراي كاربرد گسترده اي مي باشد. لذا در اين بررسي، جريان بر روي سرريز استوانه اي با قطر 7/5 سانتي متر در كانال مستطيلي با استفاده از مدل آشفتگي در نرم افزارFlow3D به صورت سه بعدي شبيه سازي شد و با استفاده از نتايج آزمايشگاهي صحت سنجي انجام گرفت. درصد خطايRMSE حاصل از مقايسه ضريب دبي عددي با مقادير فيزيكي 0/3427 به دست آمد كه بيانگر تطابق بالاي مشخصات هيدروليكي به دست آمده از مدل عددي با نتايج مدل فيزيكي است. همچنين مشخص گرديد كه ضريب دبي براي سرريز استوانه اي به مقاديري بيش از 1 ميل مي كند. نسبت بي بعد هد آب به شعاع سرريز نيز پارامتري موثر بر ضريب دبي شناخته شد كه رشد 100% آن موجب افزايش بيش از 100% ضريب دبي گرديده است. در مدل عددي سرريز استوانه اي، پارامترهاي سرعت، فشار و عمق جريان و انرژي جنبشي و اشفتگي در مقاطعي از كانال با توجه به موقعيت سرريز بررسي و مقايسه شد. نتايج نشان مي دهد، عمق و فشار جريان در مقطع قبل از سرريز، مقاديري بزرگتري نسبت به مقادير مربوط به مقطع بعد از سرريز دارند، ليكن نتايج مربوط به پارامتر سرعت، عكس فشار و عمق جريان مي باشد. در نهايت رابطه اي جهت تعيين انرژي جنبشي جريان عبوري از سرريز استوانه اي ارائه شده است.

Cylindrical weir is one of the most common structures for measuring flow rate in open channels. Cylindrical weir is one type of broad-crested weirs that has extensive application due to its stable flow pattern and ease of passing suspended solids. Therefore، in this article، flow over a 7.5 cm diameter cylindrical weir in the rectangular channel was simulated using k-ε turbulence model in three-dimensional flow3D model. Validation was performed with experimental results. The obtained root mean square error of comparison between numerical discharge coefficient and physical values was 0.3427، which represents a good agreement of hydraulic characteristics obtained from numerical and physical models. It was also observed that discharge coefficient value of cylindrical weir was greater than 1.0. Dimensionless ratio of hydraulic head to crest radius was an effective parameter on discharge coefficient، such that its 100% increase enhances discharge coefficient more than 100%. In the numerical model of cylindrical weir، such parameters as velocity، pressure، flow depth and kinetic energy and turbulence were analyzed and compared in some sections of the channel with respect to the weir. Results showed that depth and pressure in the upstream have larger amounts than in the downstream. But، results of velocity were opposite the pressure and hydraulic head. Finally، a relationship was provided for determination of kinetic energy of the flow over the cylindrical weir.