مطالعه اثر زاويه اتصال بر ويژگي هاي جريان در كانال هاي متقاطع

Study of Junction Angle Effect on Flow Characteristics at Channels Confluences

برخورد دو جريان با يكديگر پديده‎اي است كه در سازه‌هاي دست ساز بشر مانند شبكه‌هاي آبياري، آب و فاضلاب و مجاري طبيعي مانند رودخانه‌ها مشاهده مي‌شود. در اين تحقيق با بهره گيري از مدل آشفتگي RSM و روشVOF در نرم افزار فلوينت، جريان متقاطع در كانال‌هاي مستطيلي مدل سازي شده است. تاثير زاويه اتصال كانال فرعي به كانال اصلي در زواياي30، 45، 60 و 90 درجه بر الگوي جريان و سطح آب مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد با كاهش زاويه تقاطع، تراز سطح آب در بالادست تقاطع روند كاهشي و در پايين‌دست ناحيه تقاطع روند افزايشي دارد. عمق‌هاي بالادست تقاطع به ترتيب حدود 2%، 3/4%، 6% و 9% بالاتر از عمق‌هاي پايين دست تقاطع در زواياي 30، 45، 60 و 90 درجه مي باشند. همچنين يك ناحيه جدايي جريان در پايين دست تقاطع و يك ناحيه سكون در گوشه بالادست تقاطع و در داخل كانال اصلي تشكيل مي شود. كاهش زاويه اتصال به كانال اصلي باعث كاهش ابعاد اين نواحي و همچنين كاهش آشفتگي جريان در پايين دست محل تقاطع جريان مي‌شود. شبيه سازي توزيع تنش برشي نيز نشان ميدهد كه تمركز بالايي از تنش در ديواره روبروي تقاطع وجود داشته و در زواياي اتصال بزرگتر، مقدار اين تنش افزايش مي‌يابد. با افزايش زاويه تقاطع كانال‌ها، ابعاد ناحيه جدايي جريان نيز توسعه پيدا كرده و عرض مفيد براي عبور جريان به پايين‌دست كاهش مي‌يابد. با كاهش زاويه برخورد دو جريان و در نتيجه كاهش ابعاد ناحيه جدايي مشكلات ناشي از برخورد دو جريان كاهش مي‌يابد.

Open channel confluences are present in many man-made and natural waterways; such as irrigation and sewage networks and river systems. In this research, it has been attempted to simulate the junction flow in rectangular channels by utilizing, Volume of Fluid (VOF) scheme and RSM based turbulence models of FLUENT software. The effect of branch channel angle on flow behavior pattern and free surface water level for angles 30?,45?, 60? and 90? are studied The results show that reduction of branching angle leads to a decrease in water level at the upstream of the cross point and to an increase in water level at the downstream of it. Upstream depths of water at the cross point are found 2%, 4.3%, 6% and 9% higher than the junction depths of water at the downstream for the angles of 30?,45?, 60? and 90?, respectively. A separation zone and a stagnation point are formed in the main channel at the downstream and upstream corner of the junction, respectively. The decrease of cross angle causes the reduction of separation zone dimensions and flow turbulence. Simulation of the shear stress distribution illustrates high shear stress concenteration on the opposite wall of the junction point and it increases with increase of the junction angle. With increase of channel junction angle, the separation zone dimensions increase and the effective width of the channel for the transition of the flow to downstream reduces. Reducing the junction angle and consequently reduction of the separation zone dimiensions helps to reduce the crossing problems of the two flows confluence.