بخشی از مقاله

چکیده

مهار سیلاب با استفاده از مخازن تاخیری تاثیری مستقیم و سریع برروی سیلاب میگذارد. چنانچه توپوگرافی امکان ایجاد مخزن تاخیری با حجم مناسب را بدهد و منابع قرضه در فاصله کمی از محل پروژه موجود باشد ، به علت تاثیر سریعتر آن در مقایسه با روشهای آبخیزداری بر تسکین سیلاب ، میتوان مورد استفاده قرار گیرد . سدهای تاخیری بیشترین کارآیی را در حوزه های کوچک و با شیب زیاد دارند. همچنین باعث کاهش پیک سیلاب و افزایش زمان تمرکز خواهد شد.

در این راستا برای شبیه سازی هیدرولیک جریان ازمدل های عددی که ابزاری ارزشمند و دقیق است استفاده گردید. دراین تحقیق به شبیه سازی توزیع فشار و سرعت روی4 تیپ از سرریزهای تاخیری سیلابی با4شیب پایین دست به صورت عددی توسط نرم افزار Flow-3d v9.3 که مبتنی بر روش حجم محدود می باشد، ارائه شده است.برای مدل سازی آشفتگی از مدل k- استانداردوبرای شبیه سازی سطح آب از مدل VOFاستفاده گردید. سپس برای صحت سنجی مدل عددی، توزیع فشار و سرعت در نقاط خاصی از تاج سرریز با دادههای آزمایشگاهی پیشین مقایسه شده است.

با توجه به مقادیر عدد فروید و فشار بدست آمده از نرم افزار سازه با شیب پایین دست 2:1از نظر فنی اقتصادی قابل توجیه می باشد.لذا توصیه می شود در پروژه های پخش سیلاب از سرریز2:1استفاده شود. انطباق نتایج بدست آمده از شبیه سازی عددی و نتایج فیزیکی، نشان دهنده دقت بالای نرم افزار در شبیه سازی جریان عبوری از روی سرریز تاخیری سیلابی دارد.

مقدمه

سرریزاز جمله سازه های هیدرولیکی است که جهت انتقال آب بالادست به پایین دست سدها مورد استفاده قرار می گیرد.همچنین سرریزها در جهت تغییر مشخصات یک رودخانه و جریان همچون رژیم جریان، کنترل سیلاب، اندازه گیری دبی نیز به کار می روند. بجز سرریزهای جانبی، نیلوفری و چند نوع دیگر از سرریزها، به طور معمول این سازه ها با قرارگیری بر سر راه جریان، سبب بالا آمدن آب در پشت آن و افزایش سرعت آب به هنگام گذر از روی آن می گردند.

ظرفیت خروجی یک سد تاخیری با مخزن پر بایستی برابر حداکثر ظرفیتی باشد که میتوان از رودخانه در پایین دست عبور کند. با شروع سیلاب،مخزن تاخیر پر میشود و خروجی آن قدر افزایش مییابد که مساوی سیلاب ورودی میشود . از آن به بعد، حجم ذخیره شده خود بخود از مخزن خارج میشود . سدهای تاخیری بیشترین کارآیی را در حوزه های کوچک و با شیب زیاد دارند .

مثال بارز کارایی سدهای تاخیری، سدهای احداث شده در ایالت اوهایو آمریکا میباشد . بعلت زمان تمرکز کم سیلابهای حوزه های کوچک ،بهره برداری کارآ از مخازن ذخیره ای بسختی ممکن میشود . بعلاوه استفاده از مخازن تاخیری تخلیه خودبخود مخازن بعد از سیلاب را تضمین نموده و مانع از فد ا شدن منافع کنترل سیلاب برای منافع ذخیره سازی میشودخروجی یک سد تاخیر ، معمولا" یک سرریز بزرگ و یا چند خروجی بدون دریچه میباشد.

نوع خروجی که با توجه به فرمول خروجی روزنه این 4 K موجب تاخیر بیشتر در جریان و افزایش ملایم تر جریان خروجی میشود.یک سرریز ساده سطحی معمولا " برای سدهای تاخیری مطلوب نمیباشد زیرا حجم زیر تاج سرریز برای کاهش سیلاب مورد استفاده قرار نمیگیرد . با این وجود برای حفظ ایمنی خود سد یک سرریز بزرگ با ظرفیت چند برابر ظ رفیت خروجی ها همیشه لازم است.همچنین با توجه به تحقیقات صورت گرفته توسط تاج بخش [1]پیک سیلاب در کانالهای سیلابی در حوضه اقبال مشهد حدود %8کاهش یافته و مشکل کانالهای سیلابی مرتفع می گردد .بدین منظور در این تحقیق با ترکیب معادلات حاکم بر جریان در سدهای تاخیری و روندیابی هیدرولیکی،مدل عددی مربوطه توسعه یافته وبا استفاده از مدل ارائه شده تاثیر پارامترهای هندسی،فشار و سرعت بررسی شده است

سدهای تاخیری برای کنترل سیلاب و ایجاد تاخیر و تعویق در جریان ساخته می شوند .عواملی چون خصوصیات ژئومورفولوژیکی ، فیزیوگرافی، حجم و موقعیت سدها و .. بر راندمان و نحوه ی عملکرد آن ها اثر گذارند.

شبیه سازی عددی و معادلات حاکم بر آن

در این تحقیق از یک نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی - CFD - ، Flow 3D-V9.3جهت شبهسازی عددی استفاده شده است. Flow-3d از روش حجم محدود برای حل معادلات RANS1 استفاده می کند. قوانین حاکم بر جریان یک سیال تراکم ناپذیر لزج توسط یک معادله پیوستگی و سه معادله مومنتم در جهات محورهای سه گانه مختصات که به معادلات ناویر استوکس معروف هستند بیان می شوند .

این معادلات در واقع بیانگر پایداری جرم و مومنتوم به بیان ریاضی م ی باشند.مدل k-استانداردیک روش نیمه تجربی است که معادله Kآن دقیقا از ترکیب معادلات رینولز حاکم بر جریان مشتق می شوداما معادله  حاکم بر اساس شواهد تجربی و آزمایشگاه و روابط ریاضی حاصل می گردد.

در تعیین سطح آزاد به روش  VOFاز یک تابع متغییر به نام  ∝استفاده می شود که جزءحجم سیال نامیده می شود  .معادلات ناویر استوکس بسیار پیچیده اند - پاره ای،غیر خطی و کوپل هستند - ما باید این معادلات را ساده کنیم می دانیم جریان های مختلف دارای طبیعت های مختلف هستند که طبیعت های غالب باعث می شوند که بتوان فرم ناویر استوکس را ساده نمودب رای جریان های رینولز بالا برای اینکه لایه مرزی خیلی نازک می شودو فقط ناحیه کوچکی هستندما برای تخمین اولیه از این لایه نازک در برابر کل دومین صرف نظر می کنیم    .سپس    
طبیعت جریان غیر لزج حاکم می شود و ناویر استوکس را برای جریان غیر لزج ساده سازی می کنیم. برای حل عددی معادلات باید میدان را گسسته سازی کنیم                  

شکل - 1 - مش بندی میدان جریان

بنابراین معادلات اساسی مومنتم   - RANS - و پیوستگی برای یک سیال غیرقابل تراکم که شامل متغیرهای            FAVOR  نیز می باشد به    صورت زیر است:                                                                                                  

که در آن VF کسر حجم باز به جریان، Ax، Ay و Az کسر سطوح باز جریان در جهت های x، y و z، P فشار، Gx، Gy و Gz ترم های شتاب گرانشی در جهت های x - ، y، - z و fx - ، fy، - fz ترم های شتاب ویسکوز در جهت های x - ، y، - z میباشند.[4] برای مدل کردن سطح آزاد جریان - مرز بین آب و هوا - ، تابع VOF2 به شکل زیر تعریف میشود.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید