مطالعه آزمایشگاهی و عددی ساختار سه بعدی جریان در آبگیری جانبی از رودخانه

نویسندگان
چکیده
در این پژوهش، الگوی سهبعدی جریان در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم، هم زمان به صورت آزمایشگاهی و عددی
شکل، حاصل از برخورد دو کانال مستطیلی با بستر صلب و نسبت عرض کانال آبگیر به T بررسی شد. آزمایشها در یک تقاطع
16 ، برای سه نسبت دبی آبگیری 11 ADV کانال اصلی 40 درصد انجام شد. سرعتهای سه بعدی جریان در محدوده آبگیر با دستگاه
و 21 درصد برداشت شد. مطالعه عددی الگوی جریان با استفاده از مدل سه بعدی فلوئنت انجام شد . برای مدل سازی آشفتگی از
استفاده شد. با مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی (RSM) و همچنین مدل تنش رینولدز (k-ω و k-ε) مدلهای دو معادلهای
عددی و نتایج آزمایشگاهی، مدل مناسب برای مطالعات هیدرودینامیک و پارامتریک انتخاب شد . مقایسه نتایج به دست آمده از
مدلهای آشفتگی با نتایج آزمایشگاهی نشان داد که الگوی جریان داخل کانال اصلی به وسیله ی هر سه مدل به خوبی پیشبینی شده
بوده است. مقایسه خطوط k-ε بیشتر از مدل k-ω نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل RSM اما در کانال آبگیر، مدل
جریان به دست آمده از نتایج آزمایشگاهی و عددی در ترازهای مختلف نشان دهنده قابلیت مدل استفاده شده در شبیهسازی ویژگی -
های جریان در آبگیرها است. مقایسه منحنیهای هم سرعت در ترازهای مختلف نشاندهنده کاهش چشم گیر سرعت جریان در لبه
پایین دست دهانه آبگیر در ترازهای پایینی بوده که در بسترهای متحرک ناحیه، محتمل رسوب گذاری خواهد بود. نتایج نشان میدهد
که با افزایش نسبت دبی انحرافی، عرض ناحیه جدایی جریان داخل آبگیر کاهش یافته و فاصله خط تقسیم جریان از دیواره داخلی
کانال اصلی افزایش مییابد. با مقایسه جریانهای ثانویه دهانه آبگیر در نسبتهای مختلف دبی ، مشاهده شد که با افزایش نسبت
دبی انحرافی، گستردگی جریانهای ثانویه در ترازهای پایینی، بیشتر شده که این امر سبب جاروب رسوبات بیشتری از مقابل دهانه
آبگیر و انتقال آنها به کانال آبگیر خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Study of Three Dimensional Flow Structure at Lateral Intake

نویسندگان English

M. A. Omidbeigi
S. A. Ayyoubzadeh
A. Safarzadeh Gendeshmin
A. Safarzadeh Gendeshmin
چکیده English

The flow at a channel bifurcation is turbulent, highly three-dimensional (3D) and has many complex
features. There is transverse motion accompanying the main flow and an extensive separation zone
that develops in the branch channel. There are two complex flow regions along the intake channel: one
is the separation zone and the other is the region in which helical motion of water particles forms. This
separation occurs because the flow entering the branch channel has considerable momentum in the
direction of the main channel flow. This zone causes hydraulic and sedimentation problems that must
be known before designing the system. This necessitates a deeper insight into the flow patterns and
shear stress distributions near the solid boundaries. In this research, 3D flow patterns at lateral
diversion were investigated experimentally and numerically. The experimental investigation was
carried out at a T-junction, formed by two channels with rectangular cross-sections. The width of
lateral intake to the main channel was 0.4. 3D velocity measurements were obtained using Acoustic
Doppler Velocimeter at junction region for 11%, 16% and 21% discharge ratios. Fluent mathematical
model was then used to investigate the dividing open-channel flow characteristics. Turbulence was
modeled by Two Equation (k-ε, k-ω) and Reynolds Stress (RSM) turbulence models. The predicted
flow characteristics were validated using experimental data and the proper model was selected for
hydrodynamic and parametric studies. Within the main channel, good agreement was obtained
between all models prediction and the experimental measurements, but within the lateral channel, the
RSM predictions were in better agreement with the measured data, and k-ω predictions was better than
those of k-ε. The comparison of experimental and numerical streamlines at different elevations
showed that the selected model is capable to simulate the most important features of flow at
diversions. The study of the velocity contours at different elevations showed that the velocity
magnitude decreases at main channel, just downstream corner of lateral intake at the near bed levels
and this causes the sedimentation in movable beds. The results showed that the width of separation
zone at lateral intake will decrease and the distance of dividing stream surface from left bank of the
main channel will increase by increasing of the discharge ratio. Investigation of the flow pattern at the
entrance of the lateral intake showed that the secondary flow will form at this section. The dimension
of the secondary flow at near bed elevation will increase by increasing of the discharge ratio and this
causes entering of more bed load into the lateral channel.

کلیدواژه‌ها English

secondary flow
Lateral intake
Experimental investigation
Fluent CFD model
Turbulence model
[2] Barkdoll, B. D., Hagen, B., and Odgaard, J., (1995). Sediment exclusion at hydropower intakes using submerged vanes. Proc. Of Water Power conference, 368-377.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[3] Neary, V. S., Sotiropoulos, F., and Odgaard, A. J., (1999). Three-dimensional numerical model of lateral-intake inflows. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(2):126-140-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[4] Kasthuri, B., and Pundarikanthan, N. V., (1987). Discussion on separation zone at open channel junctions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 113(4):543-544.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[5] Neary, V. S., and Odgaard, A. J., (1993). Three-dimensional flow structure at open-channel diversions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 119(11):1224-1230.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[6] Ramamurthy, A. S., Junying, Q, and Diep V., (2007). Numerical and experimental study of dividing open-channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 133(10):1135-1144.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[7] Neary, V. S., and Sotiropoulos, F., (1996). Numerical investigation of laminar flows through 90-degree diversions of rectangular cross-section, Comp. and Fluids, 25(2):95-118.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[8] Issa, R. I., and Oliveria, P. J., (1994). Numerical prediction of phase separation in two-phase flow through T-junctions. Comp. and Fluids, 23(2):347-372.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[9] Shettar, A. S., and Murthy, K. K., (1996). A numerical study of division of flow in open channels. Journal of Hydraulic Research, Delft, The Netherlands, 34(5):651-675.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[10] Neary, V. S., Sotiropoulos, F., and Odgaard, A. J., (1999). Three-dimensional numerical model of lateral-intake inflows. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(2):126-140.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[11] Razvan, E., (1989). River intake and diversion dams. Elsevier Science Publishing Company Inc. New York, USA.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[12] Taylor, E., (1944). Flow characteristics at rectangular open channel junction. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 10(6):893-902.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[13] FLUENT, (2006). FLUENT Users’s Guide. Fluent, Ner Hampshire.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[14] امید بیگی، م ع؛ "مطالعه آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان در آبگیری جانبی از رودخانه در حضور صفحات مستغرق"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، 1388.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[15] صفرزاده، الف؛ (1385). "مطالعه عددی الگوی جریان آشفته و بررسی کیفی انتقال رسوب و فرسایش در آبگیری جانبی از رودخانه"؛ مجله فنی و مهندسی مدرس، شماره 25، پاییز 1385.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[16] عباسی، ع. ا؛ "مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب در آبگیری جانبی از مسیر مستقیم" رساله دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس؛ 1382.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3
[17] رستم آبادی، م؛ "شبیه سازی عددی الگوی جریان حول صفحات مستغرق در قوس 180 درجه با آبگیر"؛ پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس؛1386.-محمدعلی امیدبیگی 1، سید علی ایوب زاده 2*، اکبر صفرزاده گندشمین 3