پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

بررسی کارایی مدل Flow-3D در شبیه‌سازی پرش هیدرولیکی تحت زبری بستر، شیب معکوس و پلۀ منفی ابتدایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، داشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
پرش هیدرولیکی از نوع جریان‌های متغیر سریع بوده که از ابتدا تا انتهای آن تلاطم و پیچش سطحی آب وجود دارد و به عنوان پدیده اتلاف کننده انرژی شناخته می‌شود. در این پژوهش به شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در حالت پله منفی ابتدایی 3 و 6 سانتی‌متر، زبری بستر 2 سانتی‌متر و شیب معکوس 5/1 و 3 درصد پرداخته شد. در این پژوهش از مدل‌های آشفتگی RNG و k-ε استفاده شد. همچنین، از دو نوع شبکه‌بندی یکنواخت و غیر یکنواخت استفاده شد. با توجه به نتایج مدل‌سازی عددی، مدل آشفتگی RNG آشفتگی میدان جریان را در مقایسه با مدل آشفتگی K-ε با دقت بیشتری محاسبه نمود. میزان شاخص‌های آماری NRMSE، R2 و d برای نتایج شبیه‌سازی عددی نیمرخ سطح آب به ترتیب 1/10، 993/0 و 994/0 به‌دست آمد. همچنین مقدار این شاخص‌ها برای نتایج شبیه‌‌سازی نیمرخ سرعت به ترتیب 36/16، 944/0 و 97/0 محاسبه شدند. خطای مدل عددی در محاسبه مقادیر نیمرخ سرعت در مقایسه با نیمرخ سطح آب بیشتر بود، که علت آن را می‌توان در تلاطم شدید جریان و نوسانات سرعت لحظه‌ای در هر راستای قائم در محدوده وقوع پرش هیدرولیکی و تشدید اختلاط آب و هوا دانست. مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت، نسبت اعماق مزدوج، طول غلتاب و طول پرش هیدرولیکی و نسبت افت انرژی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه‌سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی آزاد می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1.       Abbaspour, A., Dalir, A.H., Farsadizadeh, D. and Sadraddini, A.A., 2009. Effect of sinusoidal corrugated bed on hydraulic jump characteristics. Journal of Hydro environment Research, 3(2): 109-117.
 
2.       Ali, H.M., and Elhamaimi, A.A., 2020. An experimental and numerical investigation for characteristics of submerged hydraulic Jump over corrugated beds. Port-Said Engineering Research Journal, 24(1): 1-11.
 
3.       Bagheri, H., Heidarpour, M. and Noghani, F., 2023. Laboratory investigations on hydraulic jump characteristics using submerged vanes and adverse slope. Journal of Hydro-environment Research, 51: 15-24.
4.       Bayon, A., Valero, D., Garcia-Bartual, R. and Lopez-Jimenez, P.A., 2016. Performance assessment of OpenFOAM and FLOW-3D in the numerical modeling of a low Reynolds number hydraulic jump. Environmental modelling & software, 80: 322-335.
 
5.       Beirami, M.K. and Chamani, M.R., 2006. Hydraulic jumps in sloping channels: sequent depth ratio. Journal of Hydraulic Engineering, 132(10): 1061-1068.
 
6.       Beirami, M.K. and Chamani, M.R., 2010. Hydraulic jump in sloping channels: roller length and energy loss. Canadian Journal of Civil Engineering, 37(4): 535-543.
 
7.       Bremen, R. and Hager, W.H., 1993. T-jump in abruptly expanding channel. Journal of Hydraulic Research, 31(1): 61-78.
 
8.       Carollo, F.G., Ferro, V. and Pampalone, V., 2007. Hydraulic jumps on rough beds. Journal of Hydraulic Engineering, 133(9): 989-999.
 
9.       De Padova, D.F., Mossa, M. and Sibilla, S., 2018. SPH numerical investigation of the characteristics of an oscillating hydraulic jump at an abrupt drop. Journal of Hydrodynamic, 30: 106-113.
 
10.   Ebrahimian, P., Haji-Kandi, H., Shafai Bejestan, M., Jamali, S. and Asadi, A., 2018. Investigating the influence of the lateral slope of the trapezoidal channel on the bed shear stress and hydraulic jump characteristics using the FLOW-3D model. Iran-Water Resources, 13(4): 103-112. [In Persian].
 
11.   Fallahi, B. and Heidarpour, M., 2021. Investigation of of shear force, boundary layer and cavitation phenomenon in abrupt expanding stilling basin with rough bed. Iranian Water Researches Journal, 15(2): 1-9. [In Persian].
 
12.   Ghaderi, A., Dasineh, M., Aristodemo, F., Arico, C., 2021. Numerical Simulations of the Flow Field of a Submerged Hydraulic Jump over Triangular Macroroughnesses. Water, 13(5), pp.674.
 
13.   Ghanami, S., 2013. Numerical simulation of hydraulic jump downstream of a sudden opening using FLOW-3D. Master's thesis in the field of water-oriented civil engineering, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran. [In Persian].
 
14.   Ghasemzadeh, F., 2013. Simulation of hydraulic question in Flow-3D. Noavar Publications. Tehran. [In Persian].
 
15.   Kumar, N.S. and Prasanna, S.V.S.N.D.L., 2018. Turbulence modeling for estimation of hydraulic jump height. STM Journals, 5: 1-11.
 
16.   McCorquodale, J.A. and Mohamed, M.S., 1994. Hydraulic jumps on adverse slopes. Journal of Hydraulic Research, 32(1): 119- 130.
 
17.   Nikmehr, S. and Aminpour, Y., 2020. Numerical simulation of hydraulic jump over rough beds. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 64(2): 396- 407.
 
18.   Ohtsu, I., Yasuda, Y. and Ishikawa, M., 1999. Submerged hydraulic jumps below abrupt expansions. Journal of hydraulic engineering, 125(5): 492-499.
 
19.   Omid, M.H., Nasrabadi, M. and Farhoudi, J., 2011. Suspended sediment effects on hydraulic jump characteristics. Water Management, 164(2): 91-101.
 
20.   Pourabdullah, N., Heydarpour, M. and Abedi koupai, J., 2023. Numerical simulation of hydraulic jump in different conditions of roughness, reverse slope and end positive step. Journal of Water and Soil Science, 27(3): 1-16. [In Persian].
 
21.   Pourabdollah, N., Heidarpour, M. and Abedi Koupai, J., 2020a. Characteristics of free and submerged hydraulic jumps in different stilling basins. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 173(3): 121-131.
 
22.   Pourabdollah, N., Heidarpour, M., Abedi Koupai, J. and Mohamadzadeh-Habili, J., 2020b. Hydraulic jump control using stilling basin with adverse slope and positive step. ISH Journal of Hydraulic Engineering, 28(1): 10-17.
23.   Raiford, J.P. and Khan, A.A., 2006. Numerical modeling of internal flow structure in submerged hydraulic jumps. In World Environmental and Water Resource Congress 2006: Examining the Confluence of Environmental and Water Concerns (pp. 1-
10).
24.   Rajaratnam, N. and Subramanya, K., 1968. Hydraulic jumps below abrupt symmetrical expansions. Journal of the Hydraulics Division, 94(2): 481-504.
 
25.   Rajaratnam, N., 1965. The Hydraulic Jump as a Wall Jet. Journal of the Hydraulics Devision, 91(5): 107-132.
 
26.   Saiadi, K., Heidarpour, M. and Ghadampour, Z., 2021. Study of the effect of adverse slope and elementary negative step on hydraulic jump characteristics. Iranian Water Researches Journal, 15(4): 35-43. [In Persian].
 
27.   Thompson, P. and Kilgore, R., 2006. Hydraulic jump. Hydraulic Engineering Series. BSc Thesis, University of Lagos.
 

  • تاریخ دریافت 04 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 26 آذر 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1403