مطالعه عددی پارامترهای موثر بر استهلاک انرژی سراشیبهای بلوکی

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 استاد راهنما
چکیده
یکی از کارآمدترین انواع مستهلک کننده‌های انرژی در کانال‌های باز، سراشیب‌های بلوکی هستند که آنها را می‌توان نوع خاصی از شیب شکن‌های همراه با بلوک اغتشاشی، ولی با ساختار طبیعی و غیر سیمانی، در نظر گرفت. در آزمایشگاه‌ها برای بررسی رفتار جریان روی این سازه‌ها، مدل‌های فیزیکی مختلفی ساخته شده‌اند، که صرف نظر از هزینه و زمان‌بر بودن آزمایش‌ها، مشکلات ناشی از تغییرات مقیاس را نیز به همراه دارند. امروزه با استفاده از کدهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، رفتار هیدرولیکی سیال بررسی می‌شود. این مقاله در ابتدا به مروری بر طبقه‌بندی این سازه‌ها از نظر ساختار و زبری پرداخته و سپس شکل‌گیری انواع وضعیت جریان بر روی آنها را بررسی می‌نماید. در ادامه نیز به شبیه‌سازی جریان بر روی یکی از انواع سراشیب‌های بلوکی پرداخته شده و مکانیزم استهلاک انرژی بر روی آن بررسی می‌شود. برای این منظور در این مطالعه از نرم‌افزار FLOW-3D با فرض تراکم ناپذیر بودن سیال، مدل سطح آزاد VOF برای استخراج سطح آزاد جریان و مدل آشفتگی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) استفاده شده است. نتایج حاکی از استهلاک انرژی بیشتر برای آشفتگی بیشتر جریان و افزایش آشفتگی با تشکیل جریان برگشتی است. در نتیجه استهلاک انرژی به ترتیب در جریان غیر مستغرق و سپس در حالت-های تداخل دنباله‌ها و زبری منفرد از جریان مستغرق بیشتر است. برای افزایش بیشتر استهلاک باید یا تا حد امکان از مساحت مقطع عرضی موثر کاست و یا با ثابت نگه داشتن مقطع عرضی موثر و حجم دبی عبوری، استغراق عوامل زبری را کاهش داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Numerical study on effective parameters on block-ramps energy dissipation

نویسندگان English

zahra sharifnejadazizi 1
Seyed Aliakbar Salehi Neishabouri 2
1 tarbiat modares university
2 Supervisor
چکیده English

One of the most efficient energy dissipatoion structures in open channels are block ramps; which has been considered and used most often recently because of the the simple performance. This kind of energy dissipatores can be assumed as a particular type of baffle block chutes, but with natural base materials and without cement structure. In laboratories, several physical models have been built and examined about their efficiencies. Regardless of the cost and time of tests and examinations, they have had the scale change problems. Today by using efficient computational fluid dynamics codes (CFD) fluid hydraulic behavior is more widely examined. This paper at first, reviews the classification of this structures from the point of fabrication and roughness from various point of views. Then deals with the formation of some types of flow regimes (volume flow rate) on them. In continue to the study, numerical simulation on one kind of this block ramps have performed and energy dissipation mechanism on various flow regimes on them have surveyed. For this reason, in this study Flow-3D software is utilized. In this research, incompressible fluid assumption, VOF method to calculate the free surface and LES turbulence model is used. The results showed the more energy dissipation with more turbulence and more turbulence with forming the recirculating flow and extending the distance of the reattachment point from the boulders. Consequently, energy dissipation is maximom for lower volume flow rate and higher slope of the ramp. Because in these two conditions, the flow involves with roughness of the ramp more and more; hence it gets easier for turbulent flow to happen. In other words, energy dissipation is also maximom for the non-submerged boulders. Flows in which boulders are submerged have different mechanism of energy dissipation. In these type of flows, energy dissipation is maximom for the wake-interface flow condition and isolated roughness flow condition respevtively. Therefore, in order to enhance the energy dissipation in flow over block ramps it is advised to reduce the effective cross section or reduce the submergence of scale roughness with holding the same effective cross section and the volume of fluid flowing over the structure. Because in these two conditions, the flow involves with roughness of the ramp more and more; hence it gets easier for turbulent flow to happen. In other words, energy dissipation is also maximom for the non-submerged boulders. Flows in which boulders are submerged have different mechanism of energy dissipation. In these type of flows, energy dissipation is maximom for the wake-interface flow condition and isolated roughness flow condition respevtively. Therefore, in order to enhance the energy dissipation in flow over block ramps it is advised to reduce the effective cross section or reduce the submergence of scale roughness with holding the same effective cross section and the volume of fluid flowing over the structure.

کلیدواژه‌ها English

Block ramp
Energy disssipation
Numerical simulation
FLOW-3D software
Size of Boulders