مطالعه عددی تأثیر موقعیت و زاویه آبگیری بر الگوی جریان در کانال قوسی با استفاده از نرم افزار SSIIM2

نویسندگان
1 دانشگاه یاسوج
2 استاد دانشگاه یاسوج
چکیده
آبگیر جانبی همراه با کانال انحرافی یکی از روش های آبگیری از رودخانه است. با توجه به اینکه بیشتر رودخانه های در طبیعت به حالت مئاندری است بنابراین تعیین موقعیت و زاویه آبگیری از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این مقاله با شبیه سازی عددی میدان جریان در اطراف آبگیر در یک قوس 180 درجه با استفاده از مدل عددی SSIIM2 در چهار موقعیت 45، 90، 115و 135درجه با چهار زاویه آبگیری 30، 45، 60 و 90 درجه به بررسی ابعاد صفحه تقسیم جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال فرعی و اصلی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا مدل SSIIM2 نسبت به مدل های آشفتگی k-ε استاندارد و RNG حساسیت سنجی شده و نتایج با نتایج آزمایشگاهی منتصری و همکاران (1387) صحت سنجی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد در همه موقعیت ها، زاویه آبگیری 90 درجه دارای بیشترین ابعاد نواحی جداشدگی،‌ بیشترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز بستر و کمترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز نزدیک سطح را دارد و در عوض زاویه آبگیری 30 درجه دارای کمترین ابعاد نواحی جداشدگی جریان و کوچکترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز بستر و بیشترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز سطح را دارد. همچنین در موقعیت 135درجه، در تمام زوایای آبگیری، عرض صفحه تقسیم جریان در سطح بیشترین مقدار و در کف کمترین مقدار را دارا می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Numerical investigations on effect of intake location and diversion angle on flow pattern in a channel bend by SSIIM2 Software

نویسنده English

hossein Asiaei 1
چکیده English

The use of lateral intake is one method of providing water from river. The most important issue in branch channel gets the maximum of water and lowest sediment. The rivers rarely run on straight paths in nature, and most rivers have meandering forms. In a river bend the presence of centrifugal force leads to the formation of secondary flow. As a result water particles near the surface are driven outward. The secondary flow advects the main flow, leading to high velocity at the outer bank of the bend. On the other hand the flow at the bed of a channel is directed toward the inner bank. The interaction of the main flow with the secondary flow forms the so-called helical flow in the bend. This flow system has important consequences in the longitudinal, transverse, vertical velocity distributions, transport of momentum and streamlines at different levels of water. Therefore layout the intake outer bank of bend is one of the ways to reduce sediment input to the lateral intake. Combining the helical flow and complex flow pattern in front of the lateral intake is added complexity of this three- dimensional flow pattern. The flow approaches the intake; it is accelerated laterally by the suction pressure at the end of the branch channel. This causes the flow to divide so that a portion enters the branch channel with the remainder continuing downstream in the main channel. The portion withdrawn by the branch is delineated by a curved shear-layer surface, denoted as the dividing stream surface Because of the streamwise curvature of the dividing stream surface, the diverted flow experiences an imbalance between the transverse pressure gradient and shear and centrifugal forces that initiates a clockwise secondary motion cell. This secondary motion interacts with the separation zone along the inner wall of the branch channel. In design of lateral intakes, determination of appropriate intake location and diversion angle is very important. In this paper, we simulated lateral intake at different location and different angel by using the SSIIM numerical model to investigate dividing stream surface and separation zone at main and branch channel. For this purpose the flow is simulated using standard k-ε model and RNG model. For calibration of model we used the result of the Montaseri et.al (2008) investigation. The results show that in the curved channel the dividing stream surface has a completely different structure than the lateral diversion in a straight one. In other words, wide of dividing stream surface near bed is smaller than near surface. Furthermore, in any locations dividing stream surface width near the bed and separation zone has largest dimension at 90 degree diversion angle and has smallest dimension at 30 degree diversion angle. Also, in 135 degree location, dividing stream surface width near the bed has smallest dimension and dividing stream surface width near the surface has largest dimension at any diversion angle.

کلیدواژه‌ها English

Lateral intake
dividing stream surface
separation zone
channel bend
1. Blanckaert, K, Vriend, H. J.,"Secondary flow in sharp open-channel bends". Journal of Fluid Mechanic. (2004), vol. 498, pp. 353–380.
2. Neary, V.s, and Sotiropoulos, F and A.J.Odgaard., "Three-dimensional numerical model of lateral-intake inflows ", Journal of Hydraulic Engineering, 125 (2), pp.126-140, 1999.
3.­ Sir Clude Inglis., "The Behavior and Control of Rivers and Canals, Research Publication No. 13, Chapter 6, Central Waterpower",Irrigation and Navigation Research Station, Governmant of India, Poona, Bombay, India, 1949.
4. Blanchet, C., "Canal Intake Problem and Method Used to Reduce the Sediment Inflow". ICID, 9th Congress Moscow, 22:293-302, 1975.
5. Razvan, E., "River Intake and Diversion Dam", Elsevier Science Publishing Company Inc. New York, NY.10010, USA, 1989.
6. Raudkivi, A J., "sedimentation, Exclusion and Removal of Sediment from Divert Water", AIRH, Hydraulic Structures Design manual, pp. 63-87, 1993.
7. Vanoni, V. A., "Sedimentation engineering", American Society of Civil Engineers, New York, 1975.
8. Novak, P., Moffat, A. and Nalluri, C., "Hydraulic Structures", Pitman, London, 1990.
9. Blanckaert, K. and Walter H. Graf., "Mean flow and turbulence in open channel bend", J. Hydr. Engrg, ASCE, 78(D-112), 1-7, 2001.
10. نظری، س و شفاعی­بجستان م،. بررسی آزمایشگاهی تاثیر زاویه انحراف، ارتفاع آبپایه آبگیر در قوس­های رودخانه­ای بر میزان رسوب. پایان­نامه کارشناسی ارشد تاسیسات آبیاری دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران، 1377.
11. ایزدپناه، ز و صالحی­نیشابوری، ع.­ا.، بررسی و انتقال رسوب در آبگیرهای جانبی، مجله علمی کشاورزی، جلد 26، شماره2،  1382.
 12. پیرستانی، م.ر.، بررسی الگوی جریان و آبشستگی در دهانه ورودی آبگیر کانال­های دارای انحنا. رساله دکترا دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات تهران، 1383.
13. صفرزاده، اکبر.، شبیه­سازی عددی الگوی جریان در آبگیر جانبی از قوس 180 درجه. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 1383.
14. دهقانی، ا.ا،. مطالعات آزمایشگاهی کنترل رسوب ورودی به آبگیر جانبی در قوس 180 درجه. رساله دکترا مهندسی عمران گرایش هیدرولیک، دانشگاه تربیت مدرس، 1385.
15. منتصری، ح، قدسیان، م، شفعی­فر، م، نیشابوری، ع.ا و دهقانی، ا.، مطالعه آزمایشگاهی میدان جریان و آبشستگی در قوس 180 درجه با آبگیر جانبی، مجله علوم کشاورزی و منابع آب، جلد پانزدهم، شماره 2، خرداد 1387.
16. رستم­آبادی، م، صالحی­نیشابوری، ع.­ا.، پیرستانی، م.ر و منتصری، ح.، شبیه­سازی عددی تاثیر پارامترهای هیدرولیکی بر الگوی جریان در آبگیری جانبی از کانال­های قوسی. هشتمین کنگره بین­اللملی مهندسی عمران، دانشگاه شیراز، 1388.
17. Olsen, N. R. B., "SSIIM User’s­ Manual". The Norwegian University of Science and Technology, 2004.
18. Patankar, S. V. (1980). Numerical heat transfer and fluid flow, Hemisphere Publishing Corporation, Taylor & Francis Group, New York.
19. Yakhot, V. and Smith, L.M. "The renormalization group the expansion, and derivation of turbulence models". J. Sci. Comput., Vol. 7, No. 35, PP. 35-61, 1992.