شبیه سازی عددی و مقایسه ی خصوصیات جریان در قوس های روباز 180 درجه ی ی یکنواخت و واگرا با استفاده از نتایج مدل فیزیکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب دانشکده‌ی کشاورزی دانشگاه رازی کرمانشاه

2 دانشجو ی کارشناسی ارشد سازه های آبی گروه مهندسی آب دانشکده ی کشاورزی دانشگاه تبریز

3 دانشیار گروه مهندسی آب دانشکده ی کشاورزی دانشگاه تبریز

چکیده

     کمتر رودخان های در طبیعت یافت می­شود که به صورت مستقیم جریان داشته باشد و اغلب به صورت مئاندری هستند. الگوی جریان در رودخانه­های مئاندری بسیار پیچیده بوده و مکانیک جریان در قوس رودخانه خصوصیات ویژه­ای دارد که در مسیرهای مستقیم دیده نمی­شود. مدل­های عددی برای پیش­بینی میدان جریان در این قبیل موارد به عنوان یک وسیله ی مؤثر همواره مورد استفاده قرار می­گیرند. از انجا که در طبیعت همه ی قوس­ها به صورت یکنواخت مشاهده نمی­شود، در این تحقیق از مدل عددی سه بعدی SSIIM برای شبیه­سازی دو قوس 180 درجه ی یکنواخت (پهنای 6/0متر) و واگرا (پهنای 6/0 به 75/0 متر) استفاده شد. خصوصیات جریان از جمله پروفیل­های طولی، قائم و عرضی سرعت، خطوط جریان، جریان های اصلی و ثانویه، شیب طولی و تنش برشی بستر در دو قوس مورد مقایسه قرار گرفت. صحت­سنجی مدل عددی با داده های اندازه­گیری شده در قوس 180 درجه ی یکنواخت نشان داد که مدل به خوبی میدان جریان در قوس یکنواخت را شبیه­سازی می­کند. نتایج این تحقیق نشان داد که مسیر سرعت حداکثر در صفحه ی نزدیک سطح آب در حدود زاویه ی 50 درجه ی خط مرکزی کانال را در قوس واگرا قطع می­کند؛ در حالی که این اتفاق در زاویه ی حدود 55 در جه در قوس یکنواخت رخ می­دهد. خط حداکثر سرعت در کانال واگرا در حدود زاویه ی 80 تا 85 درجه ی با جدار خارجی قوس مماس می­گردد اما این امر در کانال یکنواخت در حدود زاویه ی بین 90 تا 100 درجه ی رخ می­دهد. هم­چنین تغییرات سطح آب برای کانال یکنواخت روندی کاهشی (شیب طولی منفی) و برای کانال واگرا روندی افزایشی (شیب طولی مثبت) دارد. به دلیل کوچکتر بودن مؤلفه ی سرعت طولی قوس واگرا نسبت به یکنواخت، ماکزیمم قدرت جریان حلزونی در قوس یکنواخت به میزان 55/10 درصد کمتر از قوس واگرا می­باشد؛ علاوه بر این، یک سلول چرخشی در خلاف جهت گردش جریان ثانویه در مقطع 135 درجه ی هر دو قوس مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation and Comparison of Flow Characteristics in 180 Divergent and Uniform Open-Channel Bends Using Experimental Datas

نویسندگان [English]

  • Rasol Ghobadian 1
  • Kamran Mohammadi 2
  • Ali Hossain Zadeh Dalir 3
1 Assistant Professor of Water Engineering Department, Razi University, Kermanshah, Iran
2 M.Sc. in Hydraulic Structures Engineering, Water Engineering Department, University of Tabriz
3 Associate Professor of Hydraulic Structures Engineering, Water Engineering Department, University of Tabriz
چکیده [English]

Few rivers running on straight paths are seen in nature; most of them have meandrous form. For meandering rivers, the flow pattern is highly complex and flow mechanics has specific characteristics at bends, which not observed on straight paths. Numerical models can be used as an effective tool for predicting such flow fields. Since all river bends do not have a uniform with, the numerical model SSIIM 3-D was used to simulate 180 bends, one with a uniform (0.6 m) width and other with a divergent (0.6 m to 0.75 m) width. Flow characteristics such as streamwise and vertical velocity profiles, primary and secondary flows, streamwise and spanwise slopes of water surface, bed shear stress distribution and helical flow strengths were compared. Verification using experimental measurements on a uniform bend showed that the numerical model can successfully simulate flow fields in bends. Results indicate that in a divergent bend, the path of maximum velocities at plane near water surface crosses the channel’s center line at about 50, while in uniform bends this occurs at about 55. Also the path of maximum velocity tangent to outer wall of uniform bend at about 90- 100, while in divergent bend occurs at about 80. The range of changes in height of water surface has increasing trend in the divergent channel in adverse of uniform bend and the maximum strength of helical flow is 10.55% larger than the uniform bend. Also, an additional secondary circulation cell at 135 is present in the divergent and uniform bends.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Divergent bend
  • Numerical simulation
  • flow pattern
  • 180 Open-channel bend