مطالعه هیدرودینامیکی الگوی جریان آشفته در قوس رودخانه با استفاده از مدل عددی سه بعدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد /مهندسی عمران آب - دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشیار /سازه های هیدرولیکی- دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در این تحقیق، الگوی جریان آشفته در قوس 180 درجه رودخانه به صورت سه بعدی با بکار بردن معادلات کامل ناویر استوکس و استفاده از دو مدل آشفتگی k-e استاندارد و مدل k-w جهت مدل‌سازی تنش‌های رینولدز و بستن سیستم معادلات حاکم(معادلات رینولدز) با روش عددی استفاده شده است. حل معادلات به روش حجم محدود صورت گرفته است. برای صحت‌سنجی نتایج حاصله، از نتایج مدل آزمایشگاهی دانشگاه تربیت مدرس (MHL)1 استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصله نشان می دهد که هر دو مدل مزبور، الگوی کلی میدان جریان در قوس رودخانه را بخوبی مدل نموده و نتایج انطباق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. دقت مدل  k-wدر پیش بینی میدان جریان نسبت به مدل قبلی بالاتر بوده و این مدل بخوبی الگوی جریان ثانویه را در کل طول میدان پیش بینی می‌کند، در حالیکه مدل اول در پیش بینی جریان ثانویه دوم در خروجی قوس ناتوان است. بررسی توزیع تنش برشی در مرزهای صلب فلوم مورد مطالعه نشان می دهد که بخاطر تاثیرات ناشی از جریان ثانویه، مدل k-w  بازه‌های محتمل وقوع آبشستگی و رسوبگذاری را بهتر از مدل قبلی پیش بینی کرده و احتمال وقوع دو چاله فرسایشی در هر دو نیمه کانال در حالت بستر متحرک وجود دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydrodynamic Study of Turbulent Flow Pattern in River Bend Using 3D Numerical Model

نویسندگان [English]

  • A Safarzadeh 1
  • S. A. A Salehi Neyshabouri 2
1 M.Sc Student of Water Engineering- Tarbiat Modarres University
2 Associate Professor of Hydraulic Structures- Tarbiat Modarres University
چکیده [English]

In this research, using complete form of Navier-Stokes equations, the 3-D turbulent flow pattern in a 180-degree river bend is simulated. The k-e and k-w turbulence models are used to close the system of equations and modeling Reynolds stresses. Equations are solved numerically using FVM method as implemented in the commercial code FLUENT. Experimental results in a 180-degree bend in Tarbiat Modarres Hydraulic lab (MHL) are used to verify the numerical results. Simulation showed that both of turbulence models accurately predicted the flow pattern in this bend. The prediction accuracy of the k-w model, especially in the outlet region of the bend, is however higher than the k-e model. The results of first model showed that as the experimental model, there are two secondary flow cells in the q =180° cross section but the k-e model predicted only one cell. Distribution of bed and side wall shear stresses showed that there are two probable scouring regions in two halves of the bend. Previous experimental investigations with mobile bed models confirm these results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • River bend
  • Secondary flow
  • Momentum Lateral Transfer
  • Shear Stress
  • Numerical Model
اقبالزاده، افشین (1379)، "بررسی اثر جریان بر توپوگرافی بستر در قوس"، مجموعه مقالات دومین سمینار بین المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران اهواز.
پیرستانی، محمد رضا (1383)،  "بررسی الگوی جریان و آبشستگی در دهانه ورودی آبگیر کانال‌های دارای انحناء". رساله دکتری، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات.
خانجانی و همکاران (1378) "حل عددی جریان سه بعدی در پیچ رودخانه و دهانه آبگیر"، مجموعه مقالات ششمین کنفرانس هیدرولیک،  دانشگاه علم و صنعت ایران، آبان1378.
صفرزاده، اکبر (1383) "شبیه سازی عددی الگوی جریان در آبگیری جانبی از قوس 180 درجه"، پایان نامه کارشناسی ارشد،  دانشگاه تربیت مدرس.
Blanckaert K. and Graf W. H. (2001) "Mean Flow and Turbulence in Open-Channel Bend" Journal of Hydraulic Engineering, 127(10), pp. 57-62.
Booij R. (2003) "Measurements and large eddy simulations of some curved flumes" Journal of Turbulence, 4(8), pp. 35-43.
Celik, I. (1999)., "Introductory Turbulence Modeling", Lectures Notes,  Western Virginia University.
Mockmore, C. E. (1944) "Flow around Bends in Stable Channels", Transactions, ASCE, 109,  334p.
Odgaard, A. and Bergs A. (1988) "Flow Processes in a Curved Alluvial Channel" Water Resources Research, 24(1),  pp. 45-56.
Rodi, W. and Leschziner M. A. (1978) "Calculation of Strongly Curved Open Channel Flow" Journal of Hydraulics Division, ASCE, 105(HY10), pp. 1297-1333.
Rosovskii, I. L. (1961) "Flow of Water in Bends of Open Channels" Israel Program for scientific Translations, Jerusalem.