مقايسه كاربرد مدل‌‌هاي آشفتگي RSM و LES در پيچ تند

Comparison of RSM and LES Turbulence Models on Sharp Bend

شناخت الگوی جریان و مكان‌های فرسایش و رسوب‌گذاری در پیچ آبراهه‌ها دارای اهمیت زیادی می‌باشد. اما استفاده از مدل‌های فیزیكی و بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در پیچ‌ها دارای محدودیت است و مدل‌های ریاضی می‌توانند كمك شایانی به شناخت الگوی جریان در پیچ‌ها كنند. در این تحقیق، مدل‌‌های آشفتگی RSM و LES در پیچ تند یك آبراهه‌ی آزمایشگاهی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت مقایسه شده‌اند. آبراهه‌ی آزمایشگاهی، كانالی با پیچ تند است كه در آزمایشگاه هیدرولیك دانشگاه EPFL مستقر می‌باشد. برای بررسی مدل‌های آشفتگی، از پارامترهای متوسط‌گیری شده در عمق استفاده گردید. هم‌چنین برای بررسی كمی مدل‌های آشفتگی، تعدادی پروفیل سرعت طولی انتخاب شد و با پروفیل‌های اندازه‌گیری شده مقایسه گردید. نتایج بررسی سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق نشان داد كه مدل RSM توانایی تعیین دقیق نقاط مهم جریان را ندارد. این مدل، منطقه‌ی جداشدگی جریان را در زاویه‌ی 85 درجه و با بیشینه عرض 40 درصد نشان می‌دهد در حالی‌كه در اندازه‌گیری‌ها، این منطقه دارای بیشینه عرض 60 درصد عرض كل و در حدود زاویه‌ی 75 درجه واقع می‌باشد. در مقابل، مدل LES به‌صورت مناسبی منطقه جداشدگی را نشان می‌دهد و موقعیت‌های بیشینه سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق را نیز مناسب‌تر از مدل RSM مشخص می‌كند. بررسی سرعت عرضی متوسط‌گیری شده در عمق نیز نشان داد كه موقعیت‌های تغییر جریان عرضی به‌وسیله‌ی مدل LES مناسب‌تر از مدل RSM شناخته شده است. نهایتاً مقایسه‌ی كمی پروفیل‌های سرعت نشان داد كه مدل LES خطای كمتری دارد و نتایج مناسب‌تری را ارائه می‌دهد.

Recognizing of river flow pattern, deposition and erosion areas in meanders is highly important. Despite the limitations of the physical models in laboratory investigation of flow pattern in meanders, mathematical models can be helpful. In this research, RSM and LES turbulence models have been compared on sharp river bend of a laboratory flume using Fluent Software. The Laboratory flume is a sharp river bend established in hydraulic laboratory of EPFL. In order to investigate turbulence models, depth-averaged parameters were used. Moreover, to quantitatively examine those models, some longitudinal velocity profiles were selected and compared with measured ones. Results of longitudinal depth averaged velocities showed that RSM model is not able to precisely determine the important flow points. This model shows flow separation region within 85 degree and maximum width of 40 percent, though measurements indicated it was located in the region with maximum width of 60 percent of total width and approximately 75 degree. On the contrary, LES model suitably shows separation region. Besides, it better determines maximum measured depth averaged velocity situations rather than RSM model. Investigation of transversal depth-averaged velocity distinguished LES model from RSM as the better model and finally quantitative comparison of velocity profiles showed LES model is more accurate and presents more valid authentic results.