تحلیل عددی جریان در نزدیکی رمپ هواده سرریز تونلی

نوع فایل :word 

تعداد صفحات :۱۴۳

در سدهای بلند سرریزها به عنوان یکی از سازه‌های هیدرولیکی وابسته، نقش خطیر تخلیه‌ی سیلاب‌های ورودی به مخزن سد را با ایمنی کافی در حالت جریان آزاد یا تحت فشار به پایین‌دست، به عهده دارند. در سرریزهای تونلی که جریان با سرعت بالا و اغلب تحت فشار  برقرار می­باشد، به دلیل زبری جداره بتنی سرریز و وجود درزها و انحنا در مسیر تونل احتمال جدایش جریان از جداره افزایش یافته و در نتیجه وقوع پدیده کاویتاسیون و تخریبات ناشی از آن محتمل می­باشد. محققین تحقیقات زیادی در خصوص چگونگی حذف یا کاهش احتمال وقوع پدیده‌ی کاویتاسیون و خسارات ناشی از آن در سرریزهای بلند انجام داده­اند و هوادهی جریان را یکی از موثرترین روش­ها جهت پیشگیری از این پدیده بیان نموده­اند. مدل­سازی جریان به صورت عددی در سرریزهای تونلی تحت فشار به همراه سازه هواده و مطالعات مربوط به وضعیت جریان دو فازی آب و هوا در این سرریزها بسیار اندک می­باشد. لذا شناخت و درک بیشتر میدان­های فشار و سرعت جریان در نزدیکی سازه هواده سرریز تونلی تحت فشار و تاثیر هندسه رمپ هواده و درصدهای مختلف هوادهی بر روی جریان به مطالعات بیشتری نیاز دارد.در این تحقیق جریان عبوری از روی رمپ تعبیه شده در کف داکت تحت فشار به صورت عددی و به کمک نرم­افزار Fluent در حالت دو بعدی و سه بعدی مدل سازی شده است. جهت اعتبار سنجی عملکرد مدل عددی از نتایج آزمایشگاهی مناف­پور (۲۰۰۴) استفاده گردید. جهت مدل کردن توربولانس جریان در حالت بدون هوادهی از مدل توربولانسی انتقال تنش برشی (SST) و در حالت با هوادهی از RNGk-ε در محدوده عدد رینولدز ۳٫۱*۱۰^۴<Re<6.2*10⁴ استفاده شده است. تعیین مشخصه­های هیدرولیکی جریان و تاثیر ابعاد هندسی رمپ بر روی آن­ها در حالت بدون هوادهی و تاثیر ورود هوا بر روی مشخصه­های هیدرولیکی جریان با توجه به اعداد بدون بعد درگیر در مسائل تحت فشار مورد بررسی قرار گرفته است.مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی بیانگر دقت مناسب مدل عددی در پیش­بینی الگوی دو بعدی و سه بعدی جریان یک فازی و دو فازی می­باشد. در حالت بدون هوادهی با افزایش ارتفاع نسبی رمپ (t_r/d) و زاویه رمپ (q) به علت افزایش سرعت جت پرتابی آب، طول اتصال مجدد و شدت توربولانسی جریان افزایش و ضریب فشار مینیمم جریان (C_{P min}) واقع در ابتدای ناحیه چرخش پایین­دست رمپ کاهش می­یابد. با ورود هوا به جریان نه تنها ناحیه چرخش جریان آب بلافاصله پایین­دست رمپ با هوای تزریقی پر شده بلکه طول کاویتی تشکیل شده بیشتر از طول ناحیه چرخش جریان در حالت بدون هوادهی می­گردد. همچنین با افزایش درصد هوای ورودی به جریان، افزایش قابل توجهی در ضرایب فشار، مقادیر فشار استاتیک و سرعت جریان دیده می­شود. اما به دلیل کاهش نوسانات سرعت توسط هوای ورودی به جریان از شدت توربولانسی جریان کاسته می­شود.