مدل‌سازي عددي جريان ورودي به يك مخزن با بستر مرطوب با استفاده از يك الگوريتم پخش موج اصلاح شده

Numerical Modelling of Water Entrance into a Wet Tank Using a Modified Wave Propagation Algorithm

يكي از چالش‌هاي مهم در علوم مهندسي، بررسي دقيق پديده‌هاي فيزيكي مي‌باشد. پژوهش حاضر مربوط به يك مخزن با بستر تَر مي‌باشد كه ورود آب به داخل آن در سه حالت بررسي مي‌شود. هنگام ورود آب به مخزن، حالت‌هاي مختلفي از جريان رخ مي‌دهد كه از نظر مدل‌سازي هيدروليكي بسيار پيچيده مي‌باشد. اين پيچيدگي به طور كلي مرتبط با مكانيزم‌هاي مختلف جريان در هنگام ورود به آب مخزن و پخش جريان روي بستر مي‌باشد كه بايستي با استفاده از معادلات ناوير استوكس با سطح آزاد و به صورت سه‌بعدي مدل‌سازي گردد. به دليل پيچيدگي زياد و زمان‌بر بودن مدل‌سازي معادلات ناوير استوكس، از معادلات آب‌هاي كم‌عمق با فرض فشار هيدرواستاتيك استفاده مي‌شود. حالت اول مربوط به ورود آب به داخل مخزن از كف مي‌باشد. در حالت دوم، جريان ورودي از بالا و وسط مخزن مورد بررسي قرار مي‌گيرد و سپس ورود آب از بالا و كناره‌هاي مخزن مدل‌سازي مي‌گردد. براي هر كدام از اين حالت‌ها، يك عدد بدون بعد بر اساس سرعت ورودي، طول دهانه و ارتفاع سقوط تعريف مي‌گردد كه نشان‌دهنده‌ي محدوده‌اي قابل اطمينان براي همخواني ميان نتايج مي‌باشد. در نهايت، نتايج حاصل از حل عددي با استفاده از معادلات آب‌هاي كم‌عمق با نتايج نرم‌افزار استار سي‌دي كه حل‌كننده معادلات ناوير-استوكس مي‌باشد، مقايسه مي‌گردد. طبق بررسي‌ها، نتايج از مطابقت خوبي برخوردار مي‌باشند.

Accurate investigation of physical phenomena is one of the important challenges in engineering fields. The present study investigates a wet tank in which entrance of water is investigated in three cases. When the water wave moves into a tank, complex flow regimes are created. This complexity is mainly associated with different flow mechanisms during the entrance of water and propagation of waves at the bottom bed that should be modelled by means of Navier-Stokes equations with free-surface capability and in 3D phase. Due to complexity and time consumption of Navier-Stokes equations modelling, shallow water equations are used with the assumption of hydrostatic pressure. First case is about efflux over a wet bed. Second, water influx from the middle top is investigated and then influx from top edges is modelled. A dimensionless number is introduced for each case based on water velocity, gap length and drop height which shows acceptable domain for appropriate compatibility between results. Finally, results of numerical modelling are compared with Navier-Stokes solutions which are obtained from STAR-CD software. Results show admissible compatibility with each other based on observations and inspections.