شبيه‌سازي دو بعدي جريان دو حالتي بر روي سرريزهاي پلكاني

Two-Dimensional Modeling of the Two-Phase Flow over Stepped Spillways

براي كاهش آثار زيانبار عبور جريان از روي سرريزها تمهيدات گوناگوني وجود دارند كه يكي از آنها استفاده از سرريزهاي پلكاني جهت كاهش كارمايه‌ي جريان مي‌باشد. اين موضوع در توجيه اقتصادي طرح اثر داشته و موجب كاهش هزينه‌ها خواهد شد. در اين تحقيق سطح آزاد و الگوي جريان دو حالتي عبوري از روي سرريز پلكاني با استفاده از نرم‌افزار فلوينت و بهره‌گيري از شبيه مخلوط و شبيه آشفتگي معيار، شبيه‌سازي گرديده است. براي صحت‌سنجي شبيه عددي، از نتايج توزيع غلظت هواي موجود در آب، و سرعت با چند بده‌ي مختلف متعلق به شبيه آزمايشگاهي آزمايشگاه هيدروليك در دانشگاه آلبرتا، كه به‌وسيله‌ي دكتر چمني انجام گرديده، استفاده شده است. نتايج به‌دست آمده از شبيه‌سازي عددي در تطابق مناسبي با نتايج آزمايشگاهي مي‌باشند. نيمرخهاي غلظت منجر به يك توزيع شبه پلكاني غلظت شد و تاثيرات بده بر شكل نيمرخهاي سرعت مورد مقايسه قرارگرفتند. نتايج نشان دادند كه با افزايش بده‌ي ورودي جريان، نيمرخهاي سرعت پهن شده و گسترش بيشتري پيدا مي‌كنند، و ارتفاع جريان و بيشترين سرعت جريان افزايش مي‌يابند؛ كه در نتيجه، استهلاك جريان كاستي مي‌پذيرد.

Different measures may be taken into account in order to reduce the destructive effects of flow over spillways, one of which is the application of stepped spillways in an attempt to dissipate the flow energy. This method also influences the economic justification of the project and reduces the costs. The present study simulated the free surface and the two-phase flow patterns over the stepped spillway employing the Fluent software, and adopting the mixture model as well as the standard K – ? turbulence model. The numerical model verification was conducted utilizing the data of air concentration distribution in water, and the velocity at different discharge rates collected in experiments performed by Chamani utilizing a physical model at Hydraulic Laboratory conducted at the University of Alberta. The numerical simulation results and experimental data were in good agreement. Concentration profiles led to a stair like distribution of the concentration, and the discharge effects on the shapes of velocity profiles were comparable. The results showed that as the inlet discharge increased, velocity profiles widened and spread more, and flow height and maximum flow velocity rose, which in turn reduced the flow dissipation.