مدلسازي عددي و فيزيكي خصوصيات جريان در كانال مركب منشوري با زبري ناهمگن

Physical and Numerical Modeling of Flow Properties in Prismatic Compound Open Channel with Heterogeneous Roughness

مدلسازي خصوصيات جريان در كانال‌هاي مركب يكي از مهمترين مسائل مهندسي هيدروليك است. از مهمترين پارامترهاي جريان در كانال‌هاي مركب نيز مي­توان به تنش برشي ظاهري اشاره كرد كه در اثر اختلاف سرعت جريان در كانال اصلي و سيلاب‌دشت‌ها در محل اتصال كانال اصلي به سيلاب‌دشت‌ها به­وجود مي‌آيد. تنش برشي ظاهري باعث ايجاد آشفتگي و گردابه‌هاي سه­ بعدي در مرز كانال اصلي و سيلاب‌دشت‌ها مي‌شود. اختلاف بين زبري كانال اصلي و سيلاب‌دشت‌ها نيز يكي ديگر از عوامل تشديدكنندۀ تنش برشي ظاهري در مرز بين زير مقاطع كانال مركب است. در اين تحقيق، خصوصيات جريان در كانال مركب منشوري با زبري ناهمگن با استفاده از مدلسازي فيزيكي و عددي بررسي شده است. مدلسازي فيزيكي در آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه تهران و مدلسازي عددي آن با استفاده از نرم­ افزار ديناميك سيالاتي محاسباتي Flow 3D انجام گرفته است. نتايج هر دو مدلسازي نشان مي­دهد كه افزايش زبري سيلاب‌دشت‌ها موجب كاهش سرعت متوسط عمقي و نيز تشديد گراديان تنش برشي مرزي جريان در محل اتصال مقطع اصلي و سيلاب‌دشت‌ها مي‌شود. همچنين، بررسي نتايج مدلسازي عددي نشان مي­دهد كه نرم‌افزار Flow 3D داراي دقت مناسب براي پيش ­بيني خصوصيات جريان در كانال مركب با زبري ناهمگن است. ارزيابي عملكرد مدل‌هاي آشفتگي موجود در نرم‌افزار نيز نشان مي­دهد كه مدل آشفتگي RNG، نسبت به ساير مدل‌هاي آشفتگي، به­ دليل مدلسازي بهتر گردابه‌ها در محل اتصال كانال اصلي و سيلاب‌دشت‌ها در مدلسازي خصوصيات جريان در كانال مركب داراي عملكرد بهتري است.

Modeling of flow through the compound open channel is one of the main problems in the field of hydraulic engineering. One of the main parameter related to the flow properties in the compound open channel is Shear Stress. The shear stress is because of difference of velocities between the main channel and floodplains. The Shear Stress causes of turbulence and vortex creation on the border of main channel and floodplains. The difference between the roughness of main channel and floodplains intensities the shear stress in the border zone. In this investigation using the physical and numerical modeling the flow properties in the heterogeneous roughness prismatic compound open channel was studied. The study was carried out in the hydraulic laboratory of Tehran University and numerical modeling was conducted using the Flow 3D as famous computational fluid dynamic (CFD) tool. The results indicated that the Flow 3D software has high ability for modeling the flow characteristics in heterogeneous roughness prismatic compound open channel and the RNG turbulence mode is suitable for modeling the vortex on the border of both sections