بررسی عددی مشخصه های هیدرولیکی جریان در کانال های مرکب منشوری پیچان با مدل Flow3D

کانال‎های مرکب از دو بخش کانال اصلی و سیلاب دشت ها تشکیل شده که جریان به محض لبریز شدن از کانال اصلی با پیرامون مرطوب گسترده ای در سیلاب دشت ها مواجه می شود. به علت وجود انحنا در کانال های مرکب پیچان، جریان موجود در بسترهای طغیانی در بخش های انحنادار از روی جریان موجود در کانال اصلی عبور می کند. این دو موضوع باعث می شود که در این نوع کانال‎ها با تبادل شدید جرم و اندازه حرکت بین زیر مقاطع کانال، نیروی برشی زیادی به جریان وارد شود. این نیرو سبب کاهش سرعت جریان در سیلاب دشت ها شده و این اختلاف سرعت در بین این دو جریان باعث بوجود آمدن یک ناحیه انتقال ممنتوم می شود و در نتیجه جریانی با رفتار پیچیده حاصل می شود. برای آنالیز رفتارسنجی جریان، از نرم‎افزار Flow3D استفاده شده که در آن از روش حجم سیال، VOF، جهت حل مسیله بهره می گیرد. برای واسنجی نرم‎افزار از داده های آزمایشات هاردویک (Hardwick, 1992) استفاده شده است. هدف اصلی، ارزیابی دقت مدل Flow3D در شبیه‎سازی عددی مشخصه‎های جریان از قبیل توزیع سرعت، تنش برشی و ..... در کانال‎های مرکب پیچان می‎باشد. نتایج آنالیز مدل نشان از دقت بالای نرم افزار Flow3D در تخمین پروفیل سطح آب در جریان عبوری دارد؛ طوری که درصد خطای مدل عددی در شبیه سازی با مدل آشفتگی RNG k-ε در حدود 4/96% بدست آمده است. نتایج حاصل نشان میدهد توزیع خطی سرعت جریان در راستای عمق در مرز مقاطع برقرار است و در مقاطع متناظر مقادیر سرعت تقریبا برابرند. همچنین از این مدل‎سازی استنباط می‎شود که با کاهش عرض سیلاب‎دشت‎ها در کانال‎های مرکب پیچان، تنش برشی کف در مقطع کانال اصلی به صورت چشمگیری افزایش می‎یابد. برای نمونه در یک مقطع با کاهش عرض سیلاب دشت ها از آزمایش نوع سوم به نوع اول تنش برشی ماکزیمم از حدود 0/001 به 0/45 نیوتن بر مترمربع افزایش یافته است.

Keywords:

کانال مرکب پیچان , دشت سیلابی , مدل سازی عددی , Flow3D