شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار با مدل FLUENT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

چکیده

پرش هیدرولیکی برای استهلاک انرژی در پایین دست سازههای هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآبها و دریچهها مورد
استفاده قرار میگیرد. بررسی محققین نشان میدهد که بستر موج دار در کاهش عمق ثانویه و طول پرش هیدرولیکی
مؤثر میباشد. پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار متلاطم بوده و با اختلاط آب و هوا همراه می باشد. در این تحقیق
و بکارگیری نرم RNG k-ε استاندارد و k-ε پرشهیدرولیکی بر روی بستر موج دار با استفاده از مدلهای آشفتگی
به صورت دو بعدی شبیه سازی شد و سطح آزاد جریان با روش جزء حجم سیال FLUENT افزار دینامیک محاسباتی
برای پیشبینی پروفیل VOF و روش جزء حجم سیال k-ε تعیین گردید. نتایج نشان داد که مدل های آشفتگی VOF
سطح آب در پرش هیدرولیکی بر روی بستر موج دار مناسب بوده و خطای نسبی متوسط مقادیر سطح آب بدست آمده
از مدل های عددی و اندازه گیری شده 2 تا 7 درصد است. بررسی تشابه پروفیل های سرعت در فواصل مختلف پرش
هیدرولیکی نشان داد توزیع سرعت در آزمون های مختلف یکسان بوده و نتایج بدست آمده از مدل های عددی و
دادههای تجربی اید و راجاراتنام تطابق خوبی دارند. همچنین تأثیر بستر موج دار بر روی خصوصیات پرش هیدرولیکی
در اعداد فرود مختلف با محاسبه موقعیت سطح آب، پروفیل سرعت و تنش برشی بستر در این مدل مورد بررسی قرار
گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Hydraulic Jump on Corrugated Bed Using FLUENT Model

نویسندگان [English]

  • A Abbaspour
  • D Farsadizadeh
  • A Hosseinzadeh Dalir
  • AA Sadraddini
چکیده [English]

Hydraulic jump has been used for dissipation of kinetic energy downstream of hydraulic structures
such as spillways, chutes and gates. It is found by many researches that if jumps are made to occur
on a corrugated bed, tail water and length of jumps will be reduced significantly. During formation
of hydraulic jump on a corrugated bed the flow is turbulent, with water and air being mixed
together. In the present study numerical simulations of hydraulic jump on corrugated bed were done
by the CFD's FLUENT software in two dimensions using standard k-ε and RNG k-ε models. The
free surface was determined using the VOF method. The results showed that the k-ε turbulent
models and VOF method for predicting water surface in the jump on the corrugated bed were
suitable and the relative error of the predicted water surface profiles and measured values were
within 2-7 %. The study of the axial velocity profiles at different sections in the jump showed that
velocity profiles in different experiments were similar and the agreement between the experimental
and numerical results was satisfactory. Also the effects of corrugations on the basic characteristics
of the jump such as free surface location, velocity and shear stress distributions were studied for
different values of Froude number.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Corrugated bed
  • Hydraulic jump
  • K-ε turbulence models
  • Navier-Stokes equations and Volume of fluid
Anonymous, 2006. Fluent 6.3 User’s Guide. Chap. 23, Fluent Incorporated, Lebanon.
Ead SA, Rajaratnam N, Katopodis C and Ade F, 2000. Turbulent open-channel flow in circular
corrugated culverts. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 126: 750-757.
Ead SA and Rajaratnam N, 2002. Hydraulic jumps on corrugated bed. Journal of Hydraulic
Engineering ASCE 128: 656-663.
Gharangik AM and ChaudhryMH, 1991. Numerical model of hydraulic jump. Journal of Hydraulic
Engineering ASCE 117: 1195-1209.
Gonzalez A and Bombardelli F, 2005. Two-phase flow theory and numerical models for hydraulic
jumps, including air entrainment, pp.15-24 , In: Proc. XXXI IAHR Congress, Seoul, Korea.
Izadjo F and, Shafai-Bejestan M, 2007. Corrugated bed hydraulic jump stilling basin. Journal of
Applied Sciences ANSI 7: 1164-1169.
Khan AA and Steffler PM, 1996. Physically based hydraulic jump model for depth-averaged
computation. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 122: 540-548.
Liu CR, Ma WJ and HuHe AD, 2002. Numerical investigation of flow over a weir. Journal. of Acta
Mechanica Sinica 18: 594-602.
Liu M, Rajaratnam N and Zhu D, 2004. Turbulence structure of hydraulic jumps of low Froude
numbers. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 130: 511-520
20 شماره 2/ سال 1389 / 96 عباسپور، فرسادی زاده و .... مجله دانش آب و خاک/ جلد 1
Papageorgakis GC and Assanis DN, 1999. Comparison of liner and nonlinear RNG-based models
for incompressible turbulent flows. Journal of Numerical Heat Transfer, 35: 1-22.
Sarker MA and Rhodes DG, 2002. Physical modeling and CFD applied to hydraulic jumps.
Cranfield University Report, Institute of Technology , Bangladesh.
Tokyay ND, 2005. Effect of channel bed corrugations on hydraulic jumps. pp. 408-416, Impacts of
Global Climate Change Conference Proceeding Paper, EWRI, Anchorage, Alaska, USA.
Zhao Q and Misra SK, 2004. Numerical study of a turbulent hydraulic jump. pp.78-85, 17th
Engineering Mechanics Conference, University of Delaware, New York.