بررسی عددی تاثیرات طول دهانه سرریزجانبی بر روی مشخصات میدان جریان کانال اصلی

نویسندگان

1 استادیار سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشیار منابع آب، گروه مهندسی آب، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه

3 دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

در این مطالعه، میدان جریان آشفته درون کانال‌های مستطیلی دارای سرریز جانبی با استفاده از نرم افزار FLOW-3D شبیه؜سازی می‌شود. برای صحت سنجی نتایج مدل‌سازی از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی هاگر (1982) استفاده می‌شود. همچنین برای شبیه سازی آشفتگی جریان از مدل‌های آشفتگی k-ε استاندارد و RNG k-ε بهره برده می‌شود. نتایج مدل سازی عددی نشان می‌دهد که مدل آشفتگی RNG k-ε از دقت بیشتری برخوردار است. بر اساس نتایج مدل‌سازی، مقدار RMSE و R2 برای مدل آشفتگی k-ε استاندارد به ترتیب برابر 005/0 و 969/0 محاسبه گردیده است. این در حالی است که مقادیر مذکور برای مدل آشفتگی RNG k-ε به ترتیب مساوی 004/0 و 971/0 تخمین زده شده است. همچنین تجزیه و تحلیل نتایج عددی حاکی از دقت مناسب مدل عددی در پیش‌بینی نتایج آزمایشگاهی است. به عنوان مثال مقادیر RMSE و ضریب همبستگی برای مدل مذکور به ترتیب برابر مساوی 004/0 و 971/0 محاسبه گردیده است. در ادامه تاثیرات طول دهانه سرریز جانبی بر روی الگوی جریان مورد بررسی قرار می‌گیرد. به همین منظور سه مدل عددی مختلف با سرریزهای به طول یک، 7/0 و 5/0 متر تعریف می‌شود. بر اساس نتایج مدل سازی، با کاهش طول دهانه سرریز جانبی مقدار عدد فرود جانبی در امتداد سرریز جانبی کاهش می‌یابد. در مقابل با کاهش طول دهانه سرریز جانبی، حداکثر مقدار فشار میدان جریان برای مدل با طول دهانه 5/0 متر پیش‌بینی شد. به عبارت دیگر حداکثر مقادیر فشار برای مدل‌های با سرریز به طول 1، 75/0 و 5/0 متر به ترتیب برابر 271، 286 و 317 پاسکال محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effects of Side Weir Inlet Length on Characteristics of Main Channel Flow

نویسندگان [English]

  • Majeid Heydari 1
  • saeid shabanlou 2
  • Babak Sanahmadi 3
1 Assist. Prof., Dept. of Science and Water Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
2 Assoc. Prof., Dept. of Water Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University Kermanshah, Iran
3 Ph.D. Candidate, Dept. of Science and Water Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran
چکیده [English]

In this study, the turbulent flow field in rectangular channels with side weir is simulated using the FLOW-3D software. To verify the modeling results, the experimental measurements obtained by Hager (1982) are used. Also, for simulating the flow turbulence the standard k-ε and RNG k-ε turbulence models are used. The numerical modeling results show that the RNG k-ε turbulence model has more accuracy. According to the modeling results, the RMSE and R2 values for the standard k-ε turbulence model are calculated 0.005 and 0.969, respectively. Meanwhile, these values for the RNG k-ε turbulence model are estimated 0.004 and 0.971, respectively. Also, analysis of the numerical results indicates the acceptable accuracy of the numerical model in predicting the experimental results. For example, the RMSE and correlation coefficient values for the mentioned model are calculated 0.004 and 0.971, respectively. Subsequently, the effects of the side weir inlet length on the flow pattern are investigated. For this purpose, three different numerical models with weirs with lengths of 1m, 0.7m and 0.5m are defined. According to the modeling results, by decreasing the inlet length the side Froude number value along the side weir decreases. In contrast, by decreasing the side weir inlet length the maximum value of the flow field pressure for the model with a inlet length of 0.5m is predicted. In other words, the maximum pressure values for the models with side weirs with lengths of 1m, 0.75m and 0.5m are calculated 271pa, 286pa and 317pa, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inlet Length
  • Side Weir
  • Rectangular Channel
  • Numerical Simulation
  • FLOW-3D Model

مراجع

Aghayari F and Honar T, 2009. Study of water surface variations and discharge coefficient on rectangular inclined broad crest weirs. Fourth National Congress of Civil Engineering. 6-7 May. Faculty of Civil Engineering, University of Tehran. (In Persian with English abstract)
Azimi H and Shabanlou, S, 2019. The effect of Froude number on flow field of U-shaped channel along a side weir in supercritical flow regime. Computational Mathematics and Modeling 30(3): 254-266.
Azimi H, Shabanlou S and Kardar S, 2018. Turbulent flow in the vicinity of side weirs in subcritical conditions. Mathematical Models and Computer Simulations, 10(6): 784-797.
Azimi H and Shabanlou S. 2016. Numerical simulation of flow free surface and field in circular channel along the sideweir in subcritical flow conditions. Water and Soil Science-University of Tabriz 26(1-1): 225-238. (In Persian with English abstract)
Borghei SM and Jalili Ghazizade MR, 1997. Supercritical spatial variable flow in channels and side weirs. Fourth International Conference of Civil Engineering. 4-7 May. Sharif University of Technology, Tehran. (In Persian with English abstract)
Ghaffari S, Eghbalzadeh A and Javan M. 2016. Numerical study of the effect of upstream Froude number on the flow characteristics along a rectangular sharp-crested side weir. Modares Civil Engineering journal, 16(2): 215-228. (In Persian with English abstract)
Hager WH, 1982. Die Hydraulik von Verteilkanaelen. Teil 1-2, Mitteilung Nr.55 56, Versuchanstalt fur Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie, ETh, Zurich (in German).
Hager WH, 1987. Lateral outflow over side weirs. Journal of Hydraulic Engineering, 113(4): 491–504.
Izadi Nia A, Heidarpour M and Kabiri Samani E, 2009. Study of flow pattern on circular crest side weirs. Journal of Agricultural and Natural Resources Sciences and Techniques, 12 (46 B): 815-826.
Jalili Ghazizade MR, Borghei SM and Ghodsian M, 1997. Experimental study of subcritical flow on side weirs, Fourth International Conference of Civil Engineering. 17-18 Dec. Architecture and Urban Management. Tehran. (In Persian with English abstract)
Karizi A and Honar T, 2010. Evaluation of flow pattern and shear stress distribution on broad crested side weirs with rounded and sharp entrances. Journal of Water and Soil Science, 14 (51):15-25. (In Persian with English abstract)
Nadesamoorthy T and Thamson A, 1972. Discussion of spatially varied flow over side weirs by Subramanaya K and Awasthy SC. Journal of Hydraulic 98(12): 2234–2235.
Parvaneh A, Borghei SM and Jalili Ghazizadeh MR, 2012. Hydraulic performance of asymmetric labyrinth side weirs located on a straight channel. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 138(8): 766-772.
RangaRaju KG, Prasad B and Gupta SK, 1979. Side weirs in rectangular channels. Journal of Hydraulic 105(5): 547–554
Venutelli M, 2008. Method of solution of nonuniform flow with the presence of rectangular side weir. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 134(6): 840-846.
Yu-Tech L, 1972. Discussion of spatially varied flow over side weirs by Subramanaya K and Awasthy SC. Journal of Hydraulic Engineering 98(11): 2046–2048.
دانش آب و خاک
دوره 32، شماره 1
فروردین 1401
صفحه 103-114

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار