بخشی از مقاله
چکیده:
تجربیات ثابت کرده است که اگر مدل های عددی به درستی و منطبق با شرایط جریان انتخاب شوند، نتایج حاصل از این مدلها بسیار دقیقتر از مدلهای فیزیکی میباشد. امروزه با در دسترس بودن کامپیوترهای مجهز و نرمافزارهایی که اساس کار آنها دینامیک سیالات محاسباتی است، امکان مشاهده رفتار سازههای هیدرولیکی با توجیه اقتصادی و زمانی مناسب را فراهم نموده است. هر چند مدلهای عددی نیز با محدودیتهایی مواجهند، در بسیاری از موارد این مدلها نسبت به ضوابط طراحی ارائه شده و مدلهای فیزیکی از دقت بالاتری برخوردارند و کاربردیتر میباشند. یکی از نرمافزارهای ارائه شده در زمینه CFD نرمافزار FLOW-3D بوده که قابلیت تحلیل دو و سه بعدی میدان جریان را دارا می باشد
در این تحقیق از مدل آشفتگی RNG در مدلسازی استفاده و با نرم افزارمذکور اقدام به شبیه سازی جریان عبوری از روی سرریز سد گردید. مقایسهها نشان میدهد مدل سازی عددی قادر است سرعت و توزیع فشار بر روی سرریز را به خوبی پیشبینی نماید. مقدار حداقل فشار بر رویتنداب، تقریباً در تمامی دبیها در فاصله 215 متری از تاج سرریز رخ می دهد که این مقدار با اختلاف قابل قبولی بین مدل آزمایشگاهی و مدل عددی مواجه است.
همچنین بیشترین مقدار فشار در طول تنداب سرریز مربوط به فاصله 140 و 160 متری از تاج سرریز میباشدو بیشترین مقدار سرعت در مدل عددی حاضر به ازاء دبی 1250 متر مکعب بر ثانیه برابر با 27/3 متر بر ثانیه تعیین گردیده است. مقادیر فشارو سرعت حاصل از مدل عددی بر روی دهانه سرریز تا انتها از تطابق بسیار خوبی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی برخوردار میباشد که حاکی از روند مناسب مدل عددی در قیاس با مدل آزمایشگاهی میباشد.
-1 مقدمه:
اگر چه تا به امروز مطالب زیادی در مورد شکل کلی سرریزها و خصوصیات جریان بر روی آنها به اثبات رسیده است، اما این نکته که یک تغییر کوچک در یکی از پارامترهای طراحی استاندارد، از قبیل تغییر در شرایط جریان بالا دست، شکل تاج اصلاح شده و غیره به دلیل خصوصیات و شرایط منطقه میتواند خصوصیات و ویژگی های جریان را تغییر دهد نیز قابل قبول است.
برای تحلیل و بررسی این اثرات، مدلهای فیزیکی به شکل گستردهای استفاده میشوند، زیرا طراحی یک سرریز مناسب در حفظ ایمنی یک سد بسیار مهم میباشد. امروزه به دلیل ضعفهای مدلهای فیزیکی مانند خطاهای تأثیرات مقیاس، مدلسازی عددی حتی اگر در تعیین طراحی نهایی چندان با ارزش و اهمیت نباشد اما میتواند طراحان را در بدست آوردن جزئیات درست با صرف وقت و هزینه کم کمک نماید.
با پیشرفت تکنولوژی، ساخت سازههای عظیم آبی در راستای توسعه منابع آب پیشرفت قابل توجهی نموده است. هزینه گزاف و مدت زمان طولانی احداث سازههای هیدرولیکی و نیز توجه به این واقعیت که انجام آزمایش، هنوز هم به عنوان دقیقترین روش در بررسی مسائل و مشکلات پیش روی این گونه سازه ها مطرح میباشد، از سالها قبل، محققان و طراحان را بر آن داشته است تا با ساخت مدل فیزیکی سازه مورد نظر و انجام آزمایشات از جنبههای پنهان پدیده، توسط شبیهسازی جریانهای واقعی پرده بردارند.
تجربیات ثابت کرده است که اگر مدلهای عددی به درستی و منطبق با شرایط جریان انتخاب شوند، نتایج حاصل از این مدلها بسیار دقیقتر از مدلهای فیزیکی می باشد. امروزه با در دسترس بودن کامپیوترهای مجهز و نرمافزارهایی که اساس کار آنها دینامیک سیالات محاسباتی است، امکان مشاهده رفتار سازه های هیدرولیکی با توجیه اقتصادی و زمانی مناسب فراهم شده است. هر چند مدل های عددی نیز با محدودیتهایی مواجهند، در بسیاری از موارد این مدلها نسبت به ضوابط طراحی ارائه شده و مدلهای فیزیکی از دقت بالاتری برخوردارند و کاربردیتر میباشند. وجود جریان های متغیر سریع، جریانهای فوق بحرانی و زیربحرانی، گسترش لایه مرزی آشفته، سطح آزاد غیر یکنواخت و ... از جمله مواردی است که هنگام استفاده از این مدلها میبایست مدنظر قرار گیرد.
-2 مواد وروشها
-1-2 معرفی منطقه مورد مطالعه - سدتنگوییه سیرجان -
سد مخزنی سیرجان به منظور کنترل جریانات سطحی آب رودخانه تنگوئیه جهت تامینآب شرب شهرستان سیرجان و همچنین رونق کشاورزی مطالعه و پیشنهادشده است. با توجه به کمبود آب سطحی و زیر زمینی و تاثیر آن در تامین آب شرب و نیز تعدیل افت سفره های آب زیر زمینی ارزش زیادی برای این طرح می توان قائل شد. حجم کل مخزن دریاچه سد 38/4 میلیون مترمکعب می باشد که قابلیت تنظیم آب شرب شهرستان سیرجان را به میزان15/1 میلیون مترمکعب در سال و حقابه اراضی کشاورزی به میزان 5/6 میلیون مترمکعب در سال را داراست.
- 2-2 سیستم تخلیه سیلاب و استهلاک انرژی
هدف از طراحی واجرای این سیستم تخلیه مطمئن سیلابهای ورودی به مخزن و ممانعت از لبریزشدن آب از روی تاج سد می باشد. دراین ارتباط گزینه ی مختلف سیستم تخلیه سیلاب و استهلاک انرژی مورد بررسی قرار گرفته است که با توجه به شرایط سد شکل توپوگرافی و مقایسه فنی و اقتصادی، بعنوان گزینه بهینه از یک سرریز آزاد اوجی شکل درمجاورت بدنه سد و درجناح چپ - بعنوان سرریز اصلی - و یک سرریز لبه پهن در آبراهه واقع در جناح چپ سد - بعنوان سرریز کمکی بهره گرفته است -
شکل - : - 1-2 نمای از سدتنگوییه سیرجان
-3-2 مدل فیزیکی سر ریز سد تنگوئیه سیرجان
مدل فیزیکی سر ریز سد تنگوئیه با مقیاس 1/40 در مرکز تحقیقات تهران ساخته شده است. که در آن مشخصات هیدرولیکی جریان مانند عمق آب سرعت جریان و .... برای سیلاب با دوره بازگشتهای مختلف و حداکثر سیلاب محتمل اندازه گیری شده است
شکل - : - 2-2 نمای از سرریزآزاد سدتنگوییه سیرجان
-4-2 معرفی نرمافزار : flow - 3D
یکی از توانایی های عمده این نرمافزار، مدل کردن دقیق مسائلی است که با جریان آزاد سروکار دارند . برای شبکهبندی در این نرمافزار از المانهای ساده مستطیلی استفاده میشود که علاوه بر اینکه به سادگی قابل تولید است، از دقت بالایی نیز برخوردار بوده و کمترین میزان حافظه را اشغال میکند. معادلات حرکت در این نرمافزار به روش تفاضل محدود و یا در برخی مواقع حجم محدود حل میشوند. برای حل معادلات دیفرانسیل، این معادلات بایستی در مختصات کارتزین - x, y, z - نوشته شده باشد. در مختصات استوانهای - r, , z - ، محور x به عنوان جهت شعاعی شناخته میشود و محور y به عنوان جهت قوس تعریف میشود.
برای حل معادلات حرکت در مختصات استوانهای لازم است ترم به آن اضافه شود. تمامی معادلات با استفاده از توابع تخلخل حجم و سطح 1 - FAVOR - فرمولبندی میشود. در این فرمولبندی از مقدار تخلخل حجمی صفر برای تعریف مانع استفاده میشود. معادلات تخلخل باعث سادهسازی در تعریف سطح آزاد و شرایط مرزی دیواره میشود. در این نرمافزار معادلات حجم و سطح مستقل از زمان میباشد اما در برخی موارد که موانع متحرک هستند، این معادلات با زمان تغییر میکنند
