digidtyle

مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه

مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه

مدل‌سازي-عددي-هيدروليك-جريان-و-آبشستگي-در-پايين‌دست-جريان-ترکيبي-همزمان-از-روي-سرريز-و-زير-دريچه

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

چکیده
در سازه‌های ترکیبی سرریز¬-¬ دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش‌های برشی کف می‌شود. از این‌رو شبیه‌سازی عددی الگوی جریان عبوری از این سازه‌ها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از این تحقیق، شبیه‌سازی عددی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پایین¬دست جریان ترکیبی همزمان از روی سرریز و زیر دریچه با استفاده از نرم¬افزار Flow3D  است. نرم-افزارFlow3D  یک نرم¬افزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار مي‌گیرد. این مدل برای شبیه سازی جریان¬های سطح آزاد سه¬بعدی غیر ماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق مدل¬سازی در حالت کف صلب و کف متحرک انجام شد و برای واسنجی و صحت¬سنجی این نرم¬افزار به منظور تخمین پارامترهای جریان در سازه¬های ترکیبی، از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد. به منظور شبیه¬سازی پروفیل سطح آب از روش VOF استفاده شد. همچنین برای شبیه¬سازی آبشستگی جریان از مدل¬های مختلف آشفتگی مانند RNG k-ɛ، k-ɛ و LES بهره گرفته شد. پس از اطمینان از دقت مدل و با   انتگرال¬گیری¬های پروفیل¬های سرعت روی سرریز و زیر دریچه، میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه تعیین شد. سپس با انجام آنالیز ابعادی، نسبت دبی عبوی از روی سرریز به زیر دریچه، تابعی از عدد فرود (Fr)، نسبت عمق بالادست سازه به بازشدگی زیر دریچه (H_1/W) و هد آب روی سرریز به طول سازه (H_d/T) گردید. مقایسه نتایج مدل¬سازی در حالت کف متحرک با نتایج آزمایشگاهی نشان می¬دهد که مدل از قابلیت بالایی جهت شبیه-سازی الگو و میزان آبشستگی برخوردار است. 

کلمات کلیدی: جریان ترکیبی، سرریز- دریچه، آبشستگی، مدل‌سازی عددی، Flow3D.


  
فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                 صفحه

فصل اول: مقدمه
1-1 مقدمه    2
1-2 تعاریف    3
1-2-1 سرریزها    3
1-2-2 دریچه¬ها    3
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه    4
1-2-4 آبشستگی    6
1-3 ضرورت انجام تحقیق    9
1-4 اهداف تحقیق    9
1- 5 ساختار کلی پایان¬نامه    10

فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه    12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان    12
2-2 مطالعات عددی با نرم¬افزار Flow3D    16

فصل سوم: مواد و روش¬ها
3-1 مقدمه    22
3-2 نحوه انجام آزمایشات    22
3-2-1 مخزن    23
3-2-2 پمپ    23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی    23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان    24


فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                 صفحه

3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز - دریچه    24
3-3 آنالیز ابعادی    25
3-4 شبیه¬سازی عددی    27
3-4-1 معرفی نرم¬افزار Flow3D    28
3-4-2 معادلات حاکم    32
3-4-3 مدل¬های آشفتگی    33
3-4-3-1 مدل¬های صفر معادله¬ای    35
3 -4-3-2 مدل¬های یک معادله¬ای    35
3-4-3-3 مدل¬های دو معادله¬ای    36
3-4-3-4 مدل¬های دارای معادله تنش    36
3-4-4 شبیه¬سازی عددی مدل    37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل    38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان    38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال    40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل    41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان    43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل    43

فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه    46
4-2 شبیه¬سازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب    46
4-2-1 واسنجی نرم¬افزار    46
4-2-1-1 ارزیابی نرم¬افزارپ    48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز - دریچه بر هیدرولیک جریان    54

فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                 صفحه

4-3 شبیه¬سازی آبشستگی پایین¬دست جریان    59
4-3-1 واسنجی نرم¬افزار    59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرم¬افزار    61

فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه    70
5-2 نتیجه¬گیری    70
5-3 پیشنهادها    71
منابع    74

 
فهرست جدول‌ها
عنوان                                                                                                                                 صفحه

جدول 3- 1 محدوده آزمایشات انجام شده برای مدل¬سازی هیدرولیک جریان    25
جدول 3- 2 معرفی نرم¬افزار Flow3D    28
ادامه جدول 3-2    29
جدول 3- 3 محدوده داده¬های به کار رفته جهت شبیه¬سازی آبشستگی    38
جدول 3- 4 شرایط مرزی اعمال شده در نرم¬افزار    40
جدول 3- 5 شرایط مرزی اعمال شده در نرم¬افزار    41
جدول 3- 6 مدل¬سازی¬های انجام شده برای تعیین بهترین مقدار پارامترهای مربوط به رسوب    42
جدول 4- 1 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-1)    51
جدول 4- 2 نتایج حاصل از مدل¬سازی سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی برای نسبت دبی¬ها    55
جدول 4- 3 تأثیر پارامتر عدد شیلدز بحرانی بر حداکثر عمق آبشستگی    60
جدول 4- 4 تأثیر پارامتر ضریب دراگ بر حداکثر عمق آبشستگی    60
جدول 4- 5 تأثیر زاویه ایستایی بر حداکثر عمق آبشستگی    61
جدول 4-6 تأثیر پارامتر حداکثر ضریب تراکم مواد بستر بر حداکثر عمق آبشستگی    61
جدول 4- 7 بهترین مقادیر برای پارامترهای مؤثر در شبیه¬سازی حفره آبشستگی    61
جدول 4- 8 نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (4-4)    65

 
فهرست شكل‌ها
عنوان                                                                                                                                صفحه

شکل 1- 1 شماتيکي از جريان ترکيبي عبوری همزمان از روي سرريز و زير دريچه    5
شکل 1- 2 آبشستگی موضعی پایین¬دست برخی از سازه¬های هیدرولیکی    8
شکل 2- 1 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز -  دریچه مستطیل شکل با فشردگی جانبی    12
شکل 2- 2 جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز-  دریچه بدون فشردگی جانبی    12
شکل 2- 3 نمایی از مدل¬های آزمایشگاهی جریان مستغرق و نیمه مستغرق (سامانی و مظاهری، 1386)    14
شکل 2- 4 مدل شبيه¬سازي شده جريان و حفره آبشستگي جريان ترکيبي (اویماز، 1987)    14
شکل 2- 5 فرآيند پر و خالي شدن حفره آبشستگي درحين برخي از آزمايشات (دهقاني و بشيري، 2010)     15
شکل 3- 1 نمایی از مدل آزمایشگاهی کانال با مقیاس کوچک    23
شکل 3- 2 مشخصات اجزای فلوم آزمایشگاهی با مقیاس کوچک    24
شکل 3- 3 مدل فیزیکی سازه ترکیبی مورد استفاده در آزمایشات هیدرولیک جریان    25
شکل 3- 4 شماتیکی از جریان ترکیبی عبوری از سرریز و زیر دریچه در بستر صلب    26
شکل 3- 5 مدل¬سازی پرش هیدرولیکی    30
شکل 3- 6 مدل¬سازی جریان در قوس رودخانه    30
شکل 3- 7 مدل¬سازی جریان عبوری از زیر دریچه    30
شکل 3- 8 مدل¬سازی جریان عبوری از روی سرریز با انقباض جانبی و بدون انقباض    31
شکل 3- 9 مدل¬سازی آبشستگی پایین¬دست سازه  

توجه : فایل بالا دارای پشتیبانی و امکان پیگیری است که با کلیک بر روی (دریافت فایل) نمایش داده خواهد شد

با تشکر از انتخاب شما