بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش به تحلیل جریان دوفازی آشفته سطح آزاد آب در اطراف یک پایه پل با استفاده از مدل VOF پرداخته میشود. شبیهسازی با استفاده از نرم افزار کد باز اپن فوم و بکارگیری مدل توربولانسی میانگینگیری رینولدز معادلات ناویر استوکس - RANS - انجام گرفته است. نتایج نشان دهنده تطابق قابل قبول نتایج عددی بدست آمده با نتایج تجربی است. همچنین بررسی نتایج عددی، کارایی مدل آشفتگی RANS را در این مورد نشان میدهد.
کلمات کلیدی: جریان دوفازی، مدل آشفتگی، پایه پل، مدل VOF
مقدمه
انسانها از قدیم به ساخت پل علاقه داشتهاند و آنها را به عنوان نشانهای از کارهای بزرگ مهندسی میشناختند. بدلیل قرارگیری سازهی پلها در مسیر جریانهای رودخانهای، پلها و پایههای آن همواره مستلزم نگاه ویژه هستند و طراحی آنها از اهمیت خاصی برخوردار است. در سالهای اخیر پژوهشهای بسیاری برای شبیهسازی عددی جریان اطراف پایههای پل با هدف بررسی الگوی جریان و استهلاک آنها انجام گرفتهاست. ملویل1 در پژوهشی تجربی به بررسی تنشهای برشی بحرانی پیرامون پایه های پل استوانهای پرداختهاست.
فرانک 2 و همکاران انتشار گردابه در پشت پایههای مربعی و دایرهای شکل را مورد بررسی قرار دادند . لین و همکاران پژوهشی به صورت تجربی با هدف مقایسه ویژگیهای جدایش جریان ناحیه دنباله پایه های با مقطع دایرهای و مربعی انجام دادهاند .در این پژوهش به تحلیل جریان آشفته سطح آزاد آب در اطراف یک پایه پل با استفاده از مدل VOF خواهیم پرداخت.شبیه سازی با استفاده از نرم افزار کد باز3 اپن فوم4 و بکارگیری مدل توربولانسی انجام خواهد گرفت و نتایج پس از صحتسنجی، ارایه میشوند.
نمایی از شبکه دامنه مسئله
هندسه مورد نظر را وارد نرم افزار اپن فوم نموده و تنظیمات حلگر5 را برای جریان گذرا و روش گسستهسازی ضمنی تنظیم نمودیم. برای حل جریان چند فاز همانطور که در صورت مسئله خواسته شده و همچنین با توجه به اینکه مسئله دارای دو فاز گسسته از هم است. روش RANS با وجود اینکه دقت کافی را برای نشان دادن گردابهها و تنشهای برشی اطراف سیلندر در کف دامنه را ندارد، اما برای اغلب محاسبات مهندسی کافی میباشد. علت این امر پایین بودن هزینه محاسبات این روش در قیاس با روش شبیه سازی گردابههای بزرگ1 است.
اما روش LES در قیاس با روش k- از دقت بالاتری برخوردار بوده، با این وجود، هزینه محاسبات آن بیشتر از روش k- است، به نحوی که نیازمند به تعداد سلولها و زمان بیشتر برای حل میباشد. با توجه به زمانبر بودن شبیه سازی مسئله از روش LES، از روش RANS برای شبیه سازی استفاده شدهاست. مقدار Cمطابق مرجع، برابر 0/09 قرار دادهشدهاست. بقیه پارامترها مطابق که منطبق بر مرجع است، وارد شدهاست.
شرایط مرزی
با توجه به متقارن بودن مساله و به منظور کمتر شدن هزینه محاسباتی، مسئله برای نصف دامنه حل شدهاست. لذا شرط تقارن محوری2 را برای محور تقارن لحاظ شدهاست. برای ورودی هوا و آب نیم دایره را نصف نموده و ربع دایره سمت چپ را ورودی جریان - هوا و آب - و ربع دایره سمت راست را خروجی جریان - هوا و آب - قرار داده شدهاست. لازم به ذکر است که برای ورودی هوا و آب، منحنی ربع دایره ورودی را در ارتفاع 0/2 متری به دوقسمت تقسیم شده و منحنی ربع دایره پایین را ورودی آب و منحنی ربع دایره بالا، به ارتفاع 0/1 متر را، ورودی هوا در نظر گرفته شدهاست. سطح پایه پل، کف دامنه و سقف دامنه را دیوار گرفتیم.
