شبیه سازی جریان ناشی از شکست سد بر مبنای حل عددی معادلات آب‌های کم عمق در مختصات منحنی‌الخط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، گروه مهندسی آب، دانشگاه رازی، کرمانشاه.

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشگاه رازی، کرمانشاه

3 دانشیارگروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی، کرمانشاه.

چکیده

شبیه سازی شکست سد و جریان‌های سیلابی ناشی از آن همواره یکی از مسائل مهم و مورد علاقه محققین است. این موضوع تحقیقات بسیار زیاد آزمایشگاهی، تحلیلی و عددی را به خود اختصاص داده است. عمده مطالعات عددی که بر مبنای حل معادلات آب‌های کم‌عمق استوار است به دنبال ارایه روش‌های بهتر برای افزایش دقت و همگرایی مسئله می باشند. در این تحقیق نیز به منظور شبیه‌سازی پدیده شکست سد مدل کامپیوتری بر مبنای حل معادلات آب-های کم‌عمق در مختصات منحنی‌الخط توسعه داده شد. به منظور افزایش تعداد نقاط درگیر در محاسبات برای هموار نمودن گرادیان های تیز هندسی و هیدرولیکی و کاهش احتمال رخ دادن نوسان و عدم همگرایی، در مدل مذکور هم زمان از الگوریتم‌های پرش قورباغه و لکس بر روی شبکه جابجا شده استفاده شد. با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری، تحلیلی و نتایج عددی سایر محققین، توانایی مدل در شبیه‌سازی پرش هیدرولیکی، شکست ایده‌آل بر روی بستر تر، شکست جزئی سد و نهایتاً شکست سد در یک مسیر همگرا- واگرا بررسی شده است. در تمام موارد مدل با ارائه نتایج قابل قبول، مشخصات جریان را شبیه‌سازی نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simiulation of dam break flow based on numerical solving of shallow water equations on curvilinear grid

نویسندگان [English]

  • Bahareh Mehrmooavi 1
  • Rasool Ghobadian 2
  • Mitra Javan 3
1 Ph. D student of hydraulic structures, Water Engineering department, Razi University.
2 Associate Professor of Water Engineering department, Razi University.
3 Associate Professor of Civil Engineering department, Razi University.
چکیده [English]

Simulation of dam break and flood flows resulting from it has always been one of the important and interesting problems for researchers. This issue has been underlying many laboratory, analytical and numerical studies. Most of the numerical studies that are based on solving shallow water equation (SWE) are developing to find the better methods to increase accuracy and convergence of solution of governing equation. Also, in this research, in order to simulation of dam break flows, a numerical model is developed based on solving SWE on curvilinear grid. To increase the number of involved points in discretization scheme in order to smoothing the sharp geometric and hydraulic gradients and reducing the probability of oscillation and divergence the present model uses Lax and Leap-Frog schemes on staggered mesh simultaneously. Experimental and numerical literature data in simulation of hydraulic jump, full dam break over wet bed, partial dam break and dam-break in a convergent-diverging channel are compared to present results. In all the performed test cases, the overall agreement between the result of the present model and experimental and numerical literature data is acceptable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam-Break
  • Leap-frag and Lax schem
  • Curvilinear grid
  • Shallow water equation

مراجع

  • Alamatian, A. and Jafarzade, M., 2009. Evaluation of turbulence models in simulation of oblique standing shock waves in super-critical channel flow. Civil Engineering of Sharif University, 17-27. (In Persian).

 

 

  • Bani-Habib, A. and Nazariye, F., 2012. Two-dimensional simulation of debris flow in the reservior of silt detention dam. Iran-Watershed Management Science & Engineering, 11(39), pp. 77-87. (In Persian).

 

  • Bani-Hashemi, M. A. and Kiyanian, M., 2007. Two-dimensional model of gradiual dam break with fread and mac-cormack method. In 4th Civil Engineering Conference, University of Tehran, Tehran, Iran.

 

  • Bellos, C.V., Soulis, V. and Sakkas, J.G., 1992. Experimental investigation of two-dimensional dam-break induced flows. Journal of Hydraulic Research, 30(1), pp. 47-63.

 

  • Chaudhry, M.H., 2007. Open-channel flow. New York:. Springer Science & Business Media.

 

  • Ghobadian, R., 2015. Two dimentional dam break modeling by explicit finte difference method. In 14th Hydraulic Conference, Zahedan University, Zahedan, Iran. (In Persian).

 

  • Golavi, M., 2002. Two-dimensional dam-break modeling by Beam-Warming method. Sc thesis. University of Tehran Iran. (In Persian).

 

  • Hadian, M. and Zarati, A., 2008. Numerical models for shallow waters flows and their applications in river and coastal engineering. Tehran:. Amir Kabir University of Technology (In Persian).

 

  • Haoyao, Z., Jinbao, S., Shichen, Z. and Weiwei, S., 2012. Principal component analysis method applying to earthquake-damaged reservoir's comprehensive evaluation. Procedia Engineering, 28, pp.548-554

 

  • Hoffmann, K.A. and Chiang, S.T., 2000. Computational Fluid Dynamics Volume I. Wichita, Kan, USA:. Engineering Education System.

 

  • Liu, M.Q. and Liu, Y.L., 2012. A 2D Numerical Model for Simulation of Two-Dimensional Circular Dam-Break. Applied Mechanics and Materials, 130, pp. 2993-2996.

 

  • Ritter, A. (1892). The propagation of water waves. Ver Deutsch ingenieur zeitschr, 36(33 part 3), 947-954.‏

 

  • Sarveram, H. and Shamsaee, A., 2012. Two-dimensional modeling of dam break flow with implicit semi-Lagranzh method. Iran Water Research, 7(13), pp. 21-30. (In Persian).

 

  • Stoker, J. J., 1957.Water waves: The mathematical theory with applications . John Wiley & Sons.‏

 

  • Vosoughifar, H., Parmas, B. and Razmkhah, A., 2014. Presenting a numerical model using solving shallow-water equation to investigate the dam breaking phenomenon. 15th Civil Students Conference Nationwide, Urmia University, Urmia, Iran. (In Persian).

 

  • Wang, J.S., Ni, H.G. and He, Y.S., 2000. Finite-difference TVD scheme for computation of dam-break problems. Hydraulic Engineering, 126(4), pp.253-262.

 

  • Wood, A. and Wang, K.H., 2015. Modeling dam-break flows in channels with 90 degree bend using an alternating-direction implicit based curvilinear hydrodynamic solver. Computers & Fluids, 114, pp.254-264.

 

  • Yu-chuan, B. and XU, D., 2007. Numerical Simulation of two-dimensional dam-break flows in curved channel. Journal of Hydrodynamics, 19 (6), pp.726-735.

 

  • Zhang, Y. and Lin, P., August. An improved SWE model for simulation of dam-break flows. In Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Water Management, 169(6), pp. 260-2
علوم و مهندسی آبیاری
دوره 46، شماره 1
خرداد 1402
صفحه 15-31

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 10 آبان 1396
  • تاریخ بازنگری: 06 خرداد 1397
  • تاریخ پذیرش: 19 خرداد 1397
  • تاریخ انتشار: 01 خرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار