بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله استفاده ازنرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی،فلوئنت به شبیه سازی جریان دو بعدی دریک آبگیر جانبی با زاویه120درجه برای جریان آرام پرداخته شده است.معادلات ناویراستوکس وپیوستگی باشرایط مرزی بدون لغزش در دیواره ها حاکم می باشند.شبیه سازی عددی به صورت دوبعدی صورت گرفته و جریان پایا ،لزج وآرام فرض شده است. مدل موردنظر تحت زاویه 120 درجه می باشد نتایج حاصل با داده های به دست آمده ازآبگیر 90 درجه مقایسه می شود.در این مقاله میزان دبی ابگیری از کانال اصلی مورد بحث وبررسی قرار می گیرد.
مقدمه
جابجایی سیال از مکانی به مکان دیگر همواره یکی ازمسایل مهم مهندسی بوده است برای انجام این انتقال ها از کانال هایی بامقاطع گوناگون استفاده می شود.این مقاطع صورت مربع مستطیل،دایراه ای و غیره هستندکه مقاطع مدور و چهارگوش بیشتر مورداستفاده قرار می گیرد.درمسیرانتقال سیال براثروجود موانع ومحدودیتهای محیطی تغییراتی در مسیر جریان به وجود می آیدکه سبب استفاده ازاتصالاتی می شود این اتصالات شامل خم هاوآبگیر با زوایای مختلف میباشد.
آبگیرهای جانبی ازجمله سازه های هیدرولیکی هستندکه همواره موردتوجه محققین قرارداشته اندهدف عمده ازطراحی آبگیرها،انحراف بیشترین جریان باکمترین رسوب می باشددراین تاسیسات هیدرولیکی تعیین ساختارجریان ازکانال اصلی به کانال های جانبی ازاهمیت بالایی برخورداراست.آبگیرها عموما در شبکه های توزیع آب،کانال های آب یاری شبکه های فضلاب ورودی به تاسیسات تولیدبرق انحناءوگردش آب می گردد
این موضوع سبب ایجادجریان های عرضی می شود،آبگیری ازرودخانه ها با استفاده ازسازه هایی نظیر سد و بند انحرافی و یا بدون استفاده ازچنین سازه هایی صورت می گیرد.سازه هایی آبگیرازسازه های بسیار مهم ایستگاه های پمپاژبه حساب می آیند.هنگامی که جریان سیال ازکانال اصلی به کانال فرعی واردمی شودیک ناحیه محدودبه نام ناحیه جداشدگی جریان ازدیواره آبگیر تشکیل می گردد،در این ناحیه ازجریان ذرات سیال در فاصله ای ازدیواره به دور خود در حرکت می باشند و درواقع این ناحیه ازورودی کانال اصلی تاثیری دردبی آبگیری کانال آبگیر جانبی نخواهدداشت
به عبارت دیگر ناحیه جداشدگی ازعرض مناسب ناحیه آبگیرمی کاهدعدم کنترل رسوب ورودی به آبگیرها باعث انتقال رسوبات به داخل کانالهای آبیاری وتاسیسات شده ومشکلاتی به وجودخواهدآمد.درصورت بالابودن سرعت جریان،ذرات معلق درآب خسارات زیادی رابه تاسیسات بکاررفته مانندپمپ وتوربین هاواردمی کند.همچنین به علت تغییراتی که درتوزیع سرعت درناحیه آبگیری رخ میدهد،معمولاعملیات رسوب گیری دردهانه آبگیر رخ می دهدکه باعث کاهش راندمان آبگیری،ورودرسوب درشت دانه به داخل شبکه افزایش هزینه های بهره برداری به علت رسوب برداری ودرنهایت تغییرخط القعررودخانه به سمت ساحل مقابل آبگیر می گردد.هر اقدامی که باعث کاهش جریان گردابه ای وثانویه دردهانه آبگیر شودکاهش تجمع رسوب دردهانه آبگیر وبه موازات آن کاهش رسوب ورودی به شبکه رابه همراه خواهد داشت برای این منظورفراهم نمودن شرایطی باویژگی های مناسب جهت جلوگیری ازرسوب گذاری دردهانه آبگیری بسیارحائز اهمیت می باشد.
-2خلاصه ای از مطالعات انجام شده
جریان درمقابل آبگیرپیچیده وکاملاسه بعدی است نییری و همکارانNeary atal 1999 مدل سه بعدی جریان درحالت لایه ای روی انشعابی90درجه درکانالی بامقطع مستطیل راتوسعه دادندوبانتایج آزمایشگاهی صحت یابی کرده اندبراساس یافته های این محققان با افزایش نسبت انحراف جریان - نسبت دبی در کانال آبگیر به کل دبی است - عرض ناحیه گردابی کم وبه طول آن افزوده می شودعلاوه برآن برای نسبت دبی0/64علاوه بر گردابه داخل آبگیر ناحیه چرخش دیگری درداخل کانال اصلی درمقابل دهانه آبگیر تشکیل می شودکه محققان علت تشکیل این ناحیه را مکش شدیداعمالی ازطرف آبگیربه جریان داخل کانال اصلی ودرنتیجه جدایی جریان ازدیواره راست می دانند.
رامامورتی وهمکاران Ramamurty ataL2007مطالعه آبگیری بازاویه90درجه ازکانال مستقیم نشان دادند که باافزایش نسبت انحراف جریان طول و عرض ناحیه جریان درکانال آبگیرکاهش می یابد،همچنین وسعت ناحیه جدایی درکانال آبگیردرکف کمترازسطوح است وپیشینه سرعت جریان درکانال آبگیر درفاصله به اندازه عرض کانال آبگیر درپایین دست آبگیررخ می دهدکه دراین مکان پیشینه تنگ شدگی جریان دیده می شود.
سو و همکاران - Hsuetal - 2002با مطالعه کانال آبگیرهم عرض باکانال اصلی درزاویه آبگیر90درجه ازکانال مستقیم نشان دادندکه باافزایش نسبت دبی انحرافی نسبت به عمق جریان در بالادست آبگیربه عمق جریان درپایین دست آبگیردر کانال اصلی افزایش می یابدو این نسبت به کاهش عدد فرود افزایش می یابد.آلس وهمکاران - 2005 - به بررسی عددی سه بعدی انتقال رسوب درآبگیرهاپرداختند
دراین تحقیق ازمدل عددیssimجهت محاسبات میدان جریان و رسوب انتقالی درآبگیرکاپونگا درتانزانیااستفاده شده است.مدل آشفتگی مورداستفاده دراین مدلسازی مدل آشفتگیK- بود،همچنین برای حل معادلات انتقال وانتشاررسوب ازالگوریتمslmpleوروش جم کنترل استفاده شده است
- شاملو وپیرزاده - 1386به بررسی هیدرولیک جریان درآبگیری جانبی رودخانه ای بااستفاده ازنرم افزار فلوئنت پرداختنددراین تحقیق مدل سازی رسوب تحت آبگیری جانبی ازرودخانه بااین نرم افزار انجام شده است
همچنین دراین مقاله ازمیان پارامترهای موثربرجریان شکل مقطع عرضی کانال شیب کانال های اصلی و انشعاب وشکل دهانه و ورودی ثابت درنظر گرفته شده واثرنسبت عرض دوکانال زاویه انشعاب ونسبت دبی توزیع شده دردوکانال برابعادناحیه جدایی جریان ایجادشده درانشعاب موردبررسی قرارگرفت.هایس وهمکاران1989و - روزبهانی و همکاران - 1393شبیه سازی دو بعدی برروی کانالی باطول3متروعرض1متر بازاویه 9درجه بارینولز 300راانجام دادند درورودی کانال ازشرط ورودی باسرعت ثابت استفاده شده است تحلیل جریان درحالت ماندگاردرصورت گرفته وازالگوریتم SIMPIE برای رابطه بین سرعت وفشاراستفاده شده است.
-3معادلات حاکم
حل کننده معادلات دراین نرم افزار براساس روش جم محدود می باشند جریان پایا تراکم ناپذیر و آرام بوده لذا از معادلات پیوستگی و مومنتوم که درادامه حاضر گردیده انداستفاده شده است.
-4مشخصات مدل
در این مقاله مدل موردنظر برگرفته ازمدل - هایس و همکاران - 1989 می باشد.کانالی که ابعادآن درشکل 1 نشان داده شده است جهت شبیه سازی درنظرگرفته شده است.طول L برابر3متروعرض آن W یک متر درنظر گرفته شده است.عدد رینلولدز 30درنظرگرفته شده است.وبرای جریان های خروجی فشارصفر در نظر گرفته شده است.در ورودی کانال ازشرط ورودی باسرعت ثابت استفاده شده است.جداره کانال به عنوان دیواره غیرقابل نفوذ با شرط عدم لغزش دردیواره درنظر گرفته شده است حل جریان درحالت ماندگار صورت گرفته واز الگوریتم SIMPLEبرای رابطه بین سرعت وفشاراستفاده شده است.
