بخشی از مقاله
خلاصه
در اين مقاله فرآيند شبيه سازي سه بعدي جريان روي تاج سرريز لبه پهن به صورت عددي توسط نرم افزار Flow-3d v9.3 كه مبتني بر روش حجم محدود است ارائه شده است. اين سرريز داراي يك پيش آمدگي در ابتداي تاج ميياشد. همچنين براي مدل سازي آشفتگي از مدل k-ε استاندارد استفاده شده است. سپس براي صحت سنجي مدل عددي، توزيع فشار و سرعت در نقاط خاصي از تاج سرريز با دادههاي آزمايشگاهي پيشين مقايسه شده است. انطباق نتايج بدست آمده از شبيه سازي عددي و نتايج آزمايشگاهي، نشان دهنده دقت بالاي نرم افزار در شبيه سازي.
١. مقدمه
سرريز لبهپهن سازهاي مسطح مي باشد كه تاج آن به اندازه كافي پهن بوده ودر مقابل عمق جريان روي آن داراي اندازه قابل توجهي ميباشد. اين سازهها معمولاً از جنس بتن ساخته ميشوند و براي اندازه گيري دبي در رودخانهها مورد استفاده قرار مي گيرند. حد جريان مستغرق در سرريزهاي لبه پهن موقعي است كه H1/L حداقل حدود ٦٥ درصد P باشد كه در اين حالت سطح آب پايين دست عمق بحراني را در خود غرق مينمايد.
٢. شبيه سازي عددي و معادلات حاكم بر آن
در اين تحقيق از يك نرم افزار ديناميك سيالات محاسباتي - CFD - به نام نرم افزار Flow 3D–V9.3 جهت شبه سازي عددي استفاده شده است. Flow-3d از روش حجم محدود براي حل معادلات ١RANS استفاده ميكند. همچنين براي تعريف و شبيه سازي يك مانع و احجام صلب از روش كسر مساحت- حجم مانع ٢ - FAVOR - استفاده ميكند]٤.[ شكل٢ نحوه محاسبه توابع FAVVOR در نرم افزار Flow-3d را نشان ميدهد.
اگر F - x,y,z,t - برابر با يك باشد، حجم كنترل پر از سيال خواهد بود و اگر F برابر با صفر باشد، هيچ سيالي در حجم كنترل وجود نخواهد داشت و در مواقعي كه مقادير F بين صفر و يك باشد، F نشان دهنده سطح آزاد جريان مي باشد پس از آنكه محيط مسئله به شبكه هايي با سلولهاي مستطيلي شش وجهي تقسيم شد، براي هر سلول، مقادير ميانگين براي پارامترهاي جريان كه فشار و سرعت ميباشند، در زمانهاي جداگانه محاسبه ميشوند وتمام پارامترهاي وابسطه به جز مقادير سرعت و كسر سطوح، در مركز سلول قرار داده ميشود. مقادير سرعت و كسر سطوح در مركز وجوه سلولها قرار داده ميشوند - شكل ٣ - . به طور كلي كميتهاي اسكالر - فشار و حرارت - در مركز سلول و تانسورها و سرعت در وجوه سلول محاسبه ميشوند.
٣. مدل هاي آشفتگي
در نرم افزار Flow-3d پنج مدل آشفتگي ارائه شده است. مدل آشفتگي طول اختلاط پرانتل٤، معادلات آشفتگي تك معادله اي انرژي آشفتگي٥، معادله آشفتگي دو معادله اي k-ε، مدل آشفتگي RNG٦ و شبيه سازي گردابي بزرگ٤. مدل k-ε انتخابي در اين مدلسازي، يكي از رايجترين مدلهاي آشفتگي ميباشد. مدل k-ε از دو معادله انتقال براي شبيه سازي مشخصات آشفتگي جريان استفاده مي كند.اولين معادله انتقال مربوط به انرژي آشفتگي جريان - k - و دومين معادله انتقال مربوط به نرخ استهلاك انرژي آشفتگي - ε - ميباشد.
