شبیه سازی عددی استهلاک انرژی در مواجهه با انقباض هلالی شکل مسیر جریان

از روش­های کنترل و کاهش انرژی جریان، استفاده از سازه­های مستهلک­کننده انرژی و تشکیل پرش هیدرولیکی است. یکی از انواع این سازه­ها، المان­های تنگ­شدگی در مسیر جریان است که منجر به افت انرژی جریان عبوری می­شود. در تحقیق حاضر به بررسی عددی تاثیر تنگ­شدگی هلالی­شکل به­عنوان سازه مستهلک کننده انرژی در مسیر جریان فوق­بحرانی با استفاده از نرم افزار FLOW-۳D پرداخته شده است. با بررسی نتایج حاصل از شبیه­سازی، مدل­ آشفتگی RNG به­علت برخورداری از دقت بیشتر و پائین بودن درصد خطای نسبی و خطای مطلق نسبت به­سایر مدل­ها، از میان ۴ مدل­ آشفتگی RNG، k-ε، k-ω و LES انتخاب شد. در این مطالعه، دامنه عدد فرود بعد از دریچه به­عنوان موثرترین پارامتر بدون­بعد در استهلاک انرژی از ۸/۲ تا ۵/۷ تغییر کرده و مقادیر تنگ­شدگی از طرفین ۵ و ۵/۷ سانتی­متر می­باشد. نتایج حاکی از آن است که در تمامی حالات استفاده از تنگ­شدگی هلالی­شکل، استهلاک انرژی ناشی از تنگ­شدگی به­ترتیب در تنگ­شدگی ۵ و ۵/۷ سانتی­متر براساس افت انرژی نسبت به بالادست ۶۲/۲۴% و ۸۴/۲۹% و نسبت به پائین­دست ۱۴/۴۶% و ۴۲/۴۸% بیشتر از پرش کلاسیک آزاد است. هم چنین با بررسی نتایج به­دست آمده مشاهده شد که تنگ­شدگی هلالی­شکل در مقایسه با انقباض ناگهانی، حاصل از مطالعات محققین پیشین، عملکرد بهتری از نظر میزان افت انرژی دارد. براساس نتایج حاصل از شبیه­سازی با افزایش عدد فرود بالادست، افت انرژی نسبت به بالادست و پائین­دست تنگ­شدگی هلالی­شکل افزایش یافته به طوری که استفاده از المان­های تنگ­شدگی باعث کاهش عدد فرود در پائین­دست مقطع تنگ­شدگی در بازه ۶/۱ الی ۳/۲ شده است.

Keywords:

energy dissipation , Crescent-shaped contraction , Froude number , Hydraulic jump , turbulence model