مطالعه اثر زاویه اتصال بر ویژگی‌های جریان در کانال‌های متقاطع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

چکیده

برخورد دو جریان با یکدیگر پدیده‎ای است که در سازه‌های دست­ساز بشر مانند شبکه‌های آبیاری، آب و فاضلاب و مجاری طبیعی مانند رودخانه‌ها مشاهده می‌شود. در این تحقیق با بهره­گیری از مدل آشفتگی RSM و روشVOF  در نرم افزار فلوئنت، جریان متقاطع در کانال‌های مستطیلی مدل­سازی شده است. تأثیر زاویه اتصال کانال فرعی به کانال اصلی در زوایای30، 45، 60 و 90 درجه بر الگوی جریان و سطح آب مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد با کاهش زاویه تقاطع، تراز سطح آب در بالادست تقاطع روند کاهشی و در پایین‌دست ناحیه تقاطع روند افزایشی دارد. عمق‌های بالادست تقاطع به ترتیب حدود 2%، 3/4%، 6% و 9% بالاتر از عمق‌های پایین­دست تقاطع در زوایای 30، 45، 60 و 90 درجه می­باشند. همچنین یک ناحیه جدایی جریان در پایین­دست تقاطع و یک ناحیه سکون در گوشه بالادست تقاطع و در داخل کانال اصلی تشکیل می­شود. کاهش زاویه اتصال به کانال اصلی باعث کاهش ابعاد این نواحی و همچنین کاهش آشفتگی جریان در پایین­دست محل تقاطع جریان می‌شود. شبیه سازی توزیع تنش برشی نیز نشان می‌دهد که تمرکز بالایی از تنش در دیواره روبروی تقاطع وجود داشته و در زوایای اتصال بزرگتر، مقدار این تنش افزایش می‌یابد. با افزایش زاویه تقاطع کانال‌ها، ابعاد ناحیه جدایی جریان نیز توسعه پیدا کرده و عرض مفید برای عبور جریان به پایین‌دست کاهش می‌یابد. با کاهش زاویه برخورد دو جریان و در نتیجه کاهش ابعاد ناحیه جدایی مشکلات ناشی از برخورد دو جریان کاهش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Junction Angle Effect on Flow Characteristics at Channels Confluences

چکیده [English]

Open channel confluences are present in many man-made and natural waterways; such as irrigation and sewage networks and river systems. In this research, it has been attempted to simulate the junction flow in rectangular channels by utilizing, Volume of Fluid (VOF) scheme and RSM based turbulence models of FLUENT software. The effect of branch channel angle on flow behavior pattern and free surface water level for angles 30,45, 60 and 90 are studied The results show that reduction of branching angle leads to a decrease in water level at the upstream of the cross point and to an increase in water level at the downstream of it. Upstream depths of water at the cross point are found 2%, 4.3%, 6% and 9% higher than the junction depths of  water at the downstream for the angles of 30,45, 60 and 90, respectively. A separation zone and a stagnation point are formed in the main channel at the downstream and upstream corner of the junction, respectively. The decrease of cross angle causes the reduction of separation zone dimensions and flow turbulence. Simulation of the shear stress distribution illustrates high shear stress concenteration on the opposite wall of the junction point and it increases with increase of the junction angle. With increase of channel junction angle, the separation zone dimensions increase and the effective width of the channel for the transition of the flow to downstream reduces. Reducing the junction angle and consequently reduction of the separation zone dimiensions helps to reduce the crossing problems of the two flows confluence.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fluent
  • Junction angle
  • VOF
  • Water level
قبادیان ر، شفاعی بجستان م وآذری آ، 1387. بررسی تاثیر زاویه اتصال بر الگوی فرسایش و رسوب گذاری در محل تلاقی رودخانه‌ها با استفاده از مدل فیزیکی. مجله پژوهش کشاورزی (آب خاک و گیاه در کشاورزی)، سال8، شماره 5، صفحه‌های  107 تا 122.
Best JL and Reid I, 1984. Separation zone at open-channel junctions. J Hydraul Engin ASCE 110(11): 1588-1594.
Bonakdari H, Lipeme KG and Wang X, 2011. Experimental validation of CFD modeling of multiphase flow through open channel confluence. Pp. 2176-2183. World Environmental and Water Resources Congress, ASCE, California, United States.
Goudarzizadeh R, Mousavi Jahromi SH and Hedayat N, 2010. Simulation of 3D flow using numerical model at open-channel confluences. World Academy of Science, Engineering and Technology 47: 650-655.
Hsu CC Wu FS and Lee WJ 1998. Flow at 90° equal width open channel junction. J Hydraul  Engin, ASCE 124(2): 186 –191.
Huang J, Weber LJ and Lai YG, 2002. Three-dimensional numerical study of flows in open-channel junctions. J Hydraul Engin ASCE 128(3): 268-280.
Li CW and Zeng C, 2009. 3D Numerical modeling of flow divisions at open channel junctions with or without vegetation. Advances in Water Resources 32(1): 49–60.
Ramamurthy AS, Junying Q and Diep Vo, 2009. Closure to numerical and experimental study of dividing open-channel flows. J Hydraul Engin ASCE 135(12): 1112-1113.
Shumate ED 1998. Experimental description of flow at an open-channel junction. Master Thesis, Univ. of Iowa, Iowa.
Weber LJ, Shumate ED and Mawer N, 2001. Experiments on flow at a 90o open-channel junction. J Hydraul Engin ASCE 127(5): 340-350.
Xiekang W, Xianye W, Weizhen LU and Tonghuan LIU, 2007. Experimental study on flow behavior at open channel confluences. Front Archit Civ Eng China 1(2): 211–216.