مدل‌سازي عددي جريان عبوري از دريچه‌هاي كشويي در تمام دامنه استغراق

Numerical model for flow through sluice gate in whole rates of submergence

در اين تحقيق با به‌كارگيري يك مدل عددي دوبعدي، هيدروليك جريان عبوري از دريچه‌هاي كشويي در شرايط مستغرق شناسايي شد و نتايج حاصل با روابط موجود و داده­هاي آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفت. داده هاي آزمايشگاهي مورد استفاده در اين تحقيق گستره مناسبي از جريان با استغراق پايين تا استغراق كامل را پوشش مي دهند. مدل‌سازي عددي با استفاده از جعبه‌ابزار صورت گرفت. براي اعمال اثرات آشفتگي، مدل استاندارد به‌كار گرفته شد. همچنين، شناسايي سطح آزاد جريان به‌كمك روش حجم سيال صورت گرفت. نتايج حاصل به‌صورت پروفيل سطح آب، الگوي توزيع سرعت در عمق، وضعيت جريان رو به جلو و جريان برگشتي در ناحيه مستغرق بعد از دريچه، استخراج و با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شد. پروفيل‌هاي سطح آب و توزيع سرعت با درستي مناسبي شبيه‌سازي شد. در بررسي پروفيل‌هاي سرعت بدون‌بعدشده، ملاحظه شد كه در نزديك سطح جريان، به‌دليل اثر جريان‌هاي زيرسطحي كه در مدل دوبعدي لحاظ نشده است، سرعت محاسبه‌شده از مدل بيشتر از سرعت اندازه‌گيري‌شده است. اختلاف نتايج حاصل از مدل با داده‌هاي آزمايشگاهي روي پارامترهاي عمق جريان روبه‌جلو و عمق پاياب، نشان‌دهنده تاثير نسبت‌ استغراق روي اين مولفه‌هاي جريان است. در ناحيه جريان توسعه‌يافته پاياب دريچه مستغرق، اختلاف بين نتايج مدل دوبعدي با اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي كاهش يافت كه مي‌توان آن را به كاهش اثرات آشفتگي و نزديك شدن به جريان دو بعدي در نقاط دورتر در پايين‌دست دريچه نسبت داد. پيشنهادهايي در خصوص نحوه تعيين شرايط مرزي در بسته مطرح گرديد.

A 2-D numerical model employed to analyze submerged jump through the sluice gates. The results compared versus existing experimental data and the currently exercising equations. Afore mentioned laboratory data cover a wide range of submergence ratio. The standard model was utilized as a closure model for analyzing turbulence effects via OpenFOAM toolbox. Free surface captured using VOF method. Water surface profile, velocity distribution along flow depth, forward flow and roller zone specifications acquired after running model in different conditions analogous to experiments. Since the sub-surface flow is not counted in 2-D model, the non-dimensional velocity profiles show that the model overestimates velocities. Submergence ratio proved significant impression on potential core height and tail water depth. The discrepancies between model and experiments reduced in developed flow region further from the gate. This effect associate with diminishing turbulences and consequently approaching to a real 2-D flow. Defining appropriate boundary conditions conferred.