بررسي عددي و آزمايشگاهي جريان تدريجا متغير و سريعاً متغير برروي يك بستر شيب دار گوه‌اي شكل در كانال روباز

Numerical and Experimental Study of the Gradually and Rapidly Varied Flow over a Wedge-shaped Bed in Open Channel

در اين مقاله بررسي الگوي جريان سطح آزاد تدريجاً متغير و سريعاً متغير بر روي مانع شيبدار گوه اي شكل در كانال مستطيلي با مقايسه نتايج شبيه سازي و آزمايشگاهي انجام شده است. از روش حجم سيال (VOF) جهت مدلسازي سطح آزاد در جريان دوفازي مورد نظر استفاده شده است. نتــايج مـــدلهاي آشفتگي k-ε, استاندارد، k-ε, , RNG، k-ω, Realizable، استاندارد و k-ω SST براي تعيين وضعيت سطح آزاد، با نتايج آزمايشگاهي مقايسه گرديده است. با مقايسه نتايج پروفيل سطح آب به دست آمده از شبيه سازي و نتايج آزمايشگاهي، اين نتيجه حاصل شد كه پروفيل سطح آب حاصل در آزمايشها به مدل استاندارد نزديك تر است. نتايج نشان مي دهد كه وضعيت سطح آزاد پيش بيني شده در ناحيه اي كه جريان تدريجاً متغير مي باشد، به نتايج آزمايشگاهي بسيار نزديك است. با اين حال در ناحيه اي كه جريان سريعاً متغير است و پرش هيدروليكي اتفاق مي افتد، مدلهاي آشفتگي نمي توانند پيش بيني خوبي از جريان ارائه دهند. همچنين كاركرد k-ε استاندارد در تعيين وضعيت سطح آزاد آب در دبي هاي مختلف بررسي شده است.

In this paper, free surface flows over a wedge with gradually and rapidly varied depths in a rectangular open channel are studied by comparing the simulation results and experimental data. The volume of fluid (VOF) method is used to model the two phase flow. The results of the standard k-ε, RNG k-ε, Realizable k-ε, k-ω, and SST k-ω models were compared experimental results. The results show that the standard k-ε model gives better results in comparison with experimental data. The results of the simulations are very close to the experimental data at the gradually varied portion of the flow. However, at rapidly varied section of the flow, the turbulence models fail to predict good results. Performance of this model in different volumetric flow rate is also investigated in detail.