بخشی از مقاله
خلاصه
روش های مختلفی برای کاهش رسوب ورودی به دهانه آبگیر وجود دارد که یکی از آنها توجه به زاویه کانال آبگیر با جهت جریان در کانال اصلی است. در تحقیق حاضر بررسی آزمایشگاهی در یک فلوم به طول 17 متر و عرض 1/5 متر و عمق 0/7 متر و آبگیری به طول 2/5 متر انجام شد و مصالح بستر ماسه با قطر متوسط 1 میلی متر و به ضخامت 20 سانتی متر در بستر فلوم ریخته شده است.
در این آزمایش ها فقط حرکت بار بستر وجود داشته و شبیه سازی عددی با فلوئنت برای مدل آشفتگی، تنش رینولدز و در زوایای آبگیری مختلف انجام گردید. و این نتایج حاصل شد که با افزایش زاویه آبگیری از30 درجه به 90 درجه با روند کاهش رسوب روبرو هستیم و با افزایش نسبت آبگیری، نسبت رسوب ورودی به کانال آبگیر افزایش یافته است و صحت سنجی برای مدل با زاویه آبگیری30 درجه انجام شده است
.1 مقدمه
بهره برداری از سیلاب رودخانه ها، خصوصاً در مناطق خشک و نیمه خشک که حاوی رسوبات بار بستر زیادی می باشند، این ضرورت را ایجاب می کند که روش های مناسبی برای کنترل رسوب بار بستر ورودی به آبگیرهای جانبی توسعه یافته و در طراحی ها بکار گرفته شود. این بار رسوبی زیاد که معمولاً بخشی از آن وارد دهانه آبگیر شده و در دهانه آبگیر و یا قسمت های ابتدایی کانال انتقال رسوب گذاری می کند، سبب انسداد دهانه آبگیر و یا کاهش ظرفیت کانال انتقال می گردد. بنابراین مسئله اصلی بررسی راه های کاهش ورود رسوبات بار بستر به آبگیر های جانبی از رودخانه ها و مسیل ها می باشد . که یکی از این راه ها موقعیت آبگیر می باشد.
شفاعی بجستان و عزیزی - 1390 - ، در آزمایشی به مطالعه ی تأثیر زاویه و شکل صفحات مستغرق بر الگوی رسوب گذاری پرداختند. در این آزمایش از 4 شکل صفحه شامل صفحه مستطیلی تخت و سه صفحه مستطیلی با بریدگی های 30 درجه، 45 درجه و 60 درجه در لبه ی ابتدایی صفحه استفاده شد. نتایج نشان داد که عملکرد صفحات مستغرق مختلف در خصوص نحوه ی رسوب گذاری تفاوت معنی داری با هم ندارند.
مغربی - 1390 - ، در مقاله ای به شبیه سازی عددی اثر زوایه آبگیری بر الگوی جریان در قوس 180 درجه به کمک نرم افزار CCHE2D پرداخته است. در این مقاله با استفاده از مدل عددی CCHE2D به بررسی اثر زاویه آبگیری بر روی الگوی جریان در زاویه های آبگیری 30، 60 و 90 درجه در قوس تند پرداخته شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که زاویه آبگیری در قوس بر روی مشخصات جریان در قوس اثر فراوانی را دارد و در بین زوایای معرفی شده در قوس مورد نظر، آبگیری در زاویه 90 درجه دارای مشخصات هیدرولیکی مناسب تری است.
گوپتا و شارما - 2007 - 1 ، در طراحی شکل هندسی مناسب صفحه برای عملکرد بهتر در جلوگیری از ورود رسوبات به آبگیرهای جانبی در خم رودخانه های آبرفتی مطالعاتی را انجام دادند. رامامورتی2و همکاران - 2007 - ، با مطالعه آبگیری با زاویه 90 درجه از کانال مستقیم نشان دادند با افزایش نسبت انحراف جریان، طول و عرض ناحیه جدایی جریان در کانال آبگیر کاهش می یابد.
در تحقیق حاضر نیز با استفاده از نتایج یک کار دقیق آزمایشگاهی در کشور، قرار است فرایندهای انجام شده در این کار آزمایشگاهی به کمک روابط و مدلهای هیدرولیک جریان و رسوب، شبیه سازی شود و امکان استفاده از مدل های عددی را در طراحی آبگیرهای جانبی فراهم سازد. هدف از مطالعات مورد نظر در این پروژه مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی بار رسوب در آبگیرهای جانبی در مسیرهای مستقیم بازوایای انحراف 30 و60 و90 درجه نسبت به کانال اصلی می باشد.
داده های آزمایشگاهی مورد نیاز در این تحقیق از پایان نامه دکترای تخصصی آقای دکتر عباسی با موضوع "مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب در آبگیرهای جانبی در مسیرهای مستقیم" و با موافقت ایشان برداشت میشود. سپس به کمک نرم افزار فلوئنت مدل آزمایشگاهی مربوطه مورد بررسی قرارگرفته و با ارائه نتایج در پایان به مقایسه نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی می پردازیم.
.2 مواد و روش ها
2؛.1 مشخصات میدان حل
هندسه مدل به کمک نرم افزار پیش پردازش گمبیت3انجام شده که محدوده کلی ترسیم مدل از ابتدا تا انتهای مدل در جهت x از - 8/5 تا 8/5 متر همان 17 متر طول کانال اصلی و در جهت y از 0 تا 0/7 مترهمان عمق کانال 0/7 متر و در جهت z از -2/5 تا 1/5 متر متغیر است یعنی از-2/5 تا 0 برای طول آبگیر و از0 تا 1/5متر برای عرض کانال اصلی وبرای شبکه بندی مدل مورد نظر در این تحقیق بخاطر همگرایی بهتر جواب ها در فلوئنت از شبکه هایی با المانهای 6 وجهی و چیدمان سازمان یافته منظم با فواصل 0/1 متری در حالت شبکه بندی احجام برای کل مدل استفاده شده است.
برای مدل ها با زاویه آبگیری90 درجه از شبکه محاسباتی با 18900 سلول و 23288 گره ، برای مدل ها با زاویه آبگیری60 درجه از شبکه محاسباتی با 19320 سلول و 23848 گره ، برای مدل ها با زاویه30 درجه از شبکه محاسباتی با 20160 سلول و 24968 گره استفاده شد. و برای حل میدان جریان و پردازش و پس پردازش اطلاعات از نرم افزار تحلیل جریان فلوئنت4استفاده شده است .
3؛.1 معادلات حاکم بر جریان
معادلات حاکم بر حرکت یک سیال تراکم ناپذیر لزج در حالت آشفته ، با معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده ، موسوم به رینولدز بیان می شوند.
4؛.1 انتخاب معادلات مناسب جهت حل
در ابتدا در این تحقیق نوع جریان غیر دائمی یا ناپایدار5انتخاب شد چون مشخصات جریان شامل دبی و سرعت و عمق با گذشت زمان تغییر می کنند. نوع جریان از نظر فازها دراین حالت ،حجم سیال وتعداد فازآن3 انتخاب شدو سپس فازها تعریف شدن، فاز اول هوا و فاز دوم آب و فاز سوم رسوب. نوع معادلات از نظرآرام یا آشفته - متلاطم - بودن رژیم جریان ، - که در این تحقیق با توجه به اینکه برای سرعت جریان ورودی 0/195 متر برثانیه - Re = 71175 - عدد رینولدز - و برای سرعت جریان ورودی 0/169متر برثانیه - Re = 61685 و برای سرعت جریان ورودی 0/142 متر برثانیه - Re = 51830 بدست آمده و تمام مقادیرRe حاصل شده از مقدار 2000 بیشتر است پس جریان در تمام حالات آشفته است - و از مدل آشفتگی تنش رینولدز در قسمت ویسکوزیته استفاده شده است .
5؛.1 شرایط مرزی میدان حل
در ورودی کانال اصلی از شرط مرزی سرعت ورودی و در خروجی کانال اصلی و آبگیر از شرط مرزی جریان خروجی استفاده کرده و در ابتدا این شرایط را در گمبیت تعریف کرده و بعد در فلوئنت جهت تعیین شرایط مرزی نواحی اختصاص داده می شود و سپس مقدار دهی شده انجام میشود. - جدول- - 1
6؛.1 گسسته سازی معادلات حل
در این قسمت از حالات پیش فرض استفاده کرده و فقط در قسمت کوپل فشار- سرعت از الگوریتم Piso بدلیل ناپایدار بودن جریان ، چون در این حالت مشخصات جریان شامل دبی و سرعت و عمق وابسته به زمان هستند و نیاز به بازه بزرگ زمانی هست بدون اینکه روی پایداری تأثیر بگذارد از این الگوریتم استفاده شده است.
7؛.1 تعیین شرایط اولیه حل
برای شروع حل به یک حدس اولیه نیاز داریم برای فاز هوا در این قسمت از حدس اولیه پیش فرض استفاده شده و برای فاز آب و رسوب در قسمت بهم پیوستن مقدار دهی کرده البته قبل از این مرحله باید ابتدا در منوی انطباق سازی ناحیه مورد نظر را در حالت انتخاب قرار داده سپس در قسمت بهم پیوستن حدس های مورد نظر اختصاص داده شود .
