شبیه‌سازی ناحیه جداشدگی در تقاطع چهار شاخه راست گوشه با Flow 3D

نویسندگان

1 گروه آب و خاک دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه آب و خاک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

در تقاطع­­های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال­های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حائز اهمیت می­باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می­باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه­سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه­سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال­­های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قائم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به­طوری­که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

تقاطع چهار شاخه، شبیه‌سازی عددی، ناحیه جداشدگی، نسبت ارتفاع سرریزهای خروجی، نسبت دبی ورودی.

نویسندگان [English]

  • Zeynab Talebi 1
  • Khalil Azhdary 2
  • Hossien Hossieni 1
1 Department of Soil and Water Shahrood University of Technology
2 Department of soil and Water Faculty of Agriculture Shahrood University of Technology
چکیده [English]

Study of separation zone is so important in right-angled three-branch or four-branch open channel junctions. Some effective parameters in this case are inlet discharge ratio and flow depth which in this research the effect of inlet discharge ratio and weir height ratios (flow depth) on flow pattern and dimensions of separation zone has been simulated numerically. Investigation of numerical results showed that k-ω model well validated with experimental results and had good agreement, so that simulation error was less than 20%. Dimensions of separation zone in main and side channels were directly proportional with the inlet discharge ratio. Also as increases of height ratio of outlet weirs, flow depth increases and separation zone dimensions decreased. According to the analysis of numerical results, dimensions of separation zone in vertical direction, of the channel bed to water surface increased, so that for discharge ratio 0.6 and height ratio of outlet weirs 0.377, length of separation zone at the channel bed, 0.1 m up the bed and water surface was about 60 cm, 75 cm and 85 cm, respectively. So of the water surface towards the channel bed, length of separation zone decreased about %29.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Four-branch junction
  • Height ratio of outlet weirs
  • inlet discharge ratio
  • numerical simulation
  • Separation Zone
آقازاده­سوره، ت. و م. همتی. 1396. شبیه­سازی اثر اختلاف رقوم بستر بر الگوی جریان در محل تلاقی دو کانال با استفاده از مدل Flow-3D. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال یازدهم، شماره 5، ص 797- 785.
     حسینی، س. ح.، د. فرسادیزاده، و ع. حسین زاده دلیر. 1396. بررسی آزمایشگاهی و تحلیلی مشخصات جریان زیربحرانی در تقاطع چهار شاخه‌ی کانال­های روباز. مجله حفاظت آب و خاک. سال بیست و چهارم شماره 3 ص 183-165
     سعادتی، ا. و م. زین­العابدینی. 1394. اصول شبیه­سازی مقدماتی و پیشرفته دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از نرم‌افزارهایFLUENT و CFX. به سفارش شرکت مهندسی پرداد پترو دانش، تهران.
    قاسم­زاده، ف. 1394. شبیه­سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D. انتشارات نوآور، تهران.
    قبادیان، ر.، م. شفاعی بجستان، و ح. موسوی جهرمی. 1385. بررسی آزمایشگاهی جداشدگی جریان در محل تلاقی رودخانه­ها برای شرایط جریان زیر بحرانی، نشریه تحقیقات منابع آب ایران. سال دوم، شماره 2 ، ص 77- 67.
   گوهری، س. 1394. شبیه سازی عددی اثر زاویهی برخورد و نسبت بده بر ابعاد ناحیه­ی جدایی جریان در تقاطع نهرهای روباز. مجله­ی مهندسی منابع آب، سال هشتم، شماره 24، ص 78-69.
    محمدیون، س. ع.، ا. صالحی نیشابوری، ح. پرهیزکار، و ح. وهابی. 1395. اثر هندسه دیوار جدا کننده کانال فرعی بر الگوی جریان یک کانال باز بزرگ مقیاس با تقاطع°90. مجله علمی – پژوهشی عمران مدرس. سال شانزدهم، شماره 3، ص 175- 165.
     نیکپور، ر. و پ. خسروی­نیا. 1396. شبیه­سازی عددی تاثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر الگوی جریان در تلاقی کانال­های روباز. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. سال یازدهم، شماره 6، ص 1037 – 1024.
 
      Azma, A. A. and Y. Zhang. 2020. Tributary channel width Effect on the flow behavior in trapezoidal and rectangular channel confluences. Journal of Processes, 8(11): 1344.
       Bannaya, M and Hoogenboom, G. (2009). Using pattern recognition for estimation cultivar
Coefficients of a crop simulation model. Journal of Field Crops Research. 111(3):290-302.
      Best, J. L. and I. Reid. 1984. Separation zone at open-channel junctions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 110(11): 1588-1594.
Crop simulation model. Journal of Field Crops Research. 111(3), 290-303.
      Biron, P., A. G. Roy and J. L. Best. 1996. The turbulent flow structure at concordant and discordant open channel confluences. Journal of Experiments in Fluids, 21: 437–446.
      Biswal, S., P. Mohapatra and K. Muralidhar. 2016. Hydraulics of combining flow in a right-angled compound open channel junction. Journal of Sadhana (Indian academy of Sciences), 41(1): 97-110.
       Frizzell, C. S., A. A. Khan and D. E. Werth. 2008. Numerical simulation of equal and opposing subcritical flow junctions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 134(2): 267–273.
      Geberemariam, T. K. 2016. Numerical analysis of storm water flow conditions and separation zone at open-channel junctions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 143(1): 1-9.
      Gurram, S. K., K. S. Karki and W. H. Hager. 1997. Subcritical junction flow. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 123(5) :447–455.
            Huang, j., L. Weber and Y. Lia. 2002. Three-dimensional numerical study of flows in open-Channel junctions. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 128(3): 268-280.
      Jamieson, P. D. Porter, D. R and Wilson, D. R. (1991). A test of the computer simulation model ARCWHEATI on wheat crops grown in New Zealand. Journal of Field Crops Research. 27(4):  337-350.
     Ramamurthy, A.S., J. Qu and D. Vo. 2007. Numerical and experimental study of dividing open-channel flows. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 133(10): 1135-1144.
     Ramos, P. X., L. Schindfessel, J. P. Pego and T. De Mudler. 2019. Influence of bed elevation discordance on flow patterns and head losses in an open-channel confluence. Journal of Water Science and Engineering, 12(3):235-243.
     Riely, J. D. and B. L. Rhoads. 2012. Flow structure and channel morphology at a natural confluent meander bend. Journal of Geomorphology, 163-164: 84-98.
      Sui, b. and Sh. Huang. 2017. Numerical analysis of flow separation zone in a confluent meander bend channel. Journal of Hydrodynamics, 29(4): 716-723.
    Weber, L., D. Schumate and N. Mawer. 2001. Experiments on flow at a 90° open-channel junction, Journal of Hydraulic Engineering, 127(5): 340-350.