Modares Civil Engineering journal
مهندسی عمران مدرس
MCEJ
Engineering & Technology
http://mcej.modares.ac.ir
1
admin
2476-6763
10.22034
fa
jalali
1398
8
1
gregorian
2019
11
1
19
4
online
1
fulltext
fa
بررسی الگوی جریان ثانویه در کانال روباز با شکلهای مختلف زبری در کف با نرمافزار Flow-3D
Investigation of the secondary current pattern in the open channel with different roughness forms on the bed using Flow3D
پژوهشی اصیل (کامل)
Original Research
<div style="text-align: justify;">تخمین سرعت متوسط عمقی و شدت آشفتگی برای شناسایی وجود جریان­های ثانویه، شکل و موقعیت آن از اهمیت زیادی در علم هیدرولیک و مهندسی رودخانه برخوردار است. جریان­های ثانویه تابع عواملی همچون شکل زبری بستر کانال، شیب کانال و تنش برشی می­باشد. مطالعه حاضر به بررسی اثر شکل زبری بر الگوی جریان ثانویه با مدل­سازی عددی در نرم­افزار<span dir="LTR">FLOW 3D </span> با مدل آشفتگی <span dir="LTR">RNG</span> پرداخته است. در نتایج بدست آمده از بررسی­های سرعت متوسط، میانگین خطای حاصل برای حدفاصل زبری­های مثلثی 94/9% و برای روی تاج زبری 71/3% بود و در مورد سرعت برشی، میانگین خطای حاصل برای زبری مثلثی در سه مقطع در راستای کانال 37/6% حاصل گردید که نشان از توافق خوب مدل عددی با مدل آزمایشگاهی مرجع است. شرایط جریان در کانال برای سه نوع شکل زبری (مستطیلی، ذوزنقه­ای با زاویه داخلی 80 درجه و ذوزنقه­ای با زاویه داخلی 55 درجه) که بیشترین کاربرد را در سازه­های هیدرولیکی دارا می­باشند طراحی و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی شدت آشفتگی، جریان­های ثانویه عرضی و انرژی جنبشی آشفتگی نشان از تاثیر بیشتر زبری ذوزنقه­ای با زاویه داخلی 55 درجه نسبت به دو شکل دیگر زبری را نشان داد. میزان اختلاف شدت آشفتگی در زبری ذوزنقه­ای با زاویه داخلی 55 درجه نسبت به زبری مثلثی 54/4% بود. محل تشکیل مرکز هسته سلول­ها در عمق تقریبی2/0 متر شروع شده بود. انرژی جنبشی آشفتگی با هسته مرکزی در بالای سطح زبری با مقدار تقریبی 0002/0 برای تمام زبری­ها شروع شده، اما محل قرار گیری آن با توجه به هندسه زبری متفاوت می­باشد.<br>
</div>
<div style="text-align: justify;">It is important in Hydraulic and river engineering to estimate the mean velocity and turbulence intensity to identify the presence of secondary currents, its shape and position. The flow of channels consists of three components of velocity: one in the direction of flow ,one in the transverse and the orther in the vertical directions of the channel. Due to the heterogeneity of the velocity fluctuations, a series of vortex vortices in the channel section to be formed which is called secondary currents cells. The secondary currents are dependent on factors such as bed roughness, channel slope and bed shear stress. The present study investigates the effect of bed roughness form on the pattern of secondary currents with numerical modeling in Flow-3D software by using RNG turbulent model. In order to successfully model and reduce the cost of simulating the near wall region, mesh sensitivity analysis has been done and numerical domain has been divided into some subdomains. This research has been carried out according to the data of the Negara laboratory model (for triangular roughness) carried out at the Hydraulic Laboratory of Singapore National University. In the results obtained from the mean velocity profile, the mean error for the roughness trough was 9.94% and for roughness crest was 3.71%. in the case of shear velocity, the error was obtained at three cross sections x=4m, x=5m and x=6m respectively 6.58%, 6.86% and 5.67% which demonstrated the good fit of the numerical model results with the reference laboratory model. The flow conditions in the channel were designed and studied for three geometries of roughness (with same height) ,i.e., rectangular roughness, trapezoidal roughness with an internal angle of 80 degrees and trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees that are most used in hydraulic structures. The results of the study on the turbulence intensity, secondary currents and turbulence kinetic energy showed the effect of trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees relative to the other two forms of roughness. The difference in the turbulence intensity in trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees relative to a triangular roughness was obtained about 4.54%. The location of the center of the secondary current cell was in the depth of about 0.2 meters. The tendency of cells to the side walls of the channel is also affected by roughness geometry. In trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees, there is a tendency to both walls. The turbulence kinetic energy contour with the center of the nucleus begins at the roughness crest with an approximate value of 0.0002 for all roughness, but its location was different in relation to the roughness geometry. In fact, the turbulence kinetic energy is the effect of fluctuating components of the velocity that the existence of external rotations is the effect of the redistribution of energy by velocity tensor, which is responsible for the formation of secondary current cells. As has been pointed out in the literature, results showed the role of roughness shape in the appearance of the secondary currents.<br>
</div>
جریانهای ثانویه, شکل زبری, شدت آشفتگی,انرژی جنبشی آشفتگی, FLOW 3D
Secondary currents, Roughness form, Turbulence intensity, Turbulence kinetic energy, Flow-3D
97
108
http://mcej.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-23954-1&slc_lang=fa&sid=16
Bahareh
Pirzadeh
بهاره
پیرزاده
b_pirzadeh@eng.usb.ac.ir
1003194753284600193406
1003194753284600193406
Yes
University of Sistan and Baluchestan
دانشگاه سیستان و بلوچستان
Narjes
Shahbeygi
نرجس
شاهبیگی
narjesshahbegi@yahoo.com
1003194753284600193407
1003194753284600193407
No
University of Sistan and Baluchestan
دانشگاه سیستان و بلوچستان