شبيه سازي عددي جريان بر روي سرريز استوانه اي با در نظر گرفتن مولفه‌ي زبري بااستفاده از شبيه معيار

Numerical Simulation and Experimental Investigation of Flow Over a Cylindrical Weir Considering the Influence of Roughness Using the Standard k-ε Model

با توجه به ماهيت نيمرخ سطح آب روي سرريزها، سرريزهاي استوانه اي در دسته بندي سرريز لبه كوتاه به شمار مي-روند. از مهمترين مزاياي آبي يك سرريز استوانه اي، طراحي ساده، سهولت عبور اجسام شناور و الگوي پايدار جريان در مقايسه با طراحي سرريز منحني پيوند شكل مي باشد. در اين مقاله جريان بر روي سرريز استوانه اي صاف و زبر با استفاده از شبيه‌ آشفتگي ?-k معيار به‌صورت دو بعدي شبيه سازي ‌شده و سطح آزاد جريان با روش VOF تعيين گرديد. نتايج نشان دادند كه شبيه آشفتگي k-? معيار و روش VOF براي پيش بيني نيمرخ سطح آب و بده‌ي جريان بر روي سرريز استوانه اي مناسب بوده، و خطاي نسبي متوسط مقادير بار آبي به‌دست آمده از شبيه عددي و اندازه گيري شده 1 تا 4 درصد مي باشد. تاثير زبري سرريز استوانه اي بر روي ضريب بده‌ بررسي شد و با مقادير تجربي محققين قبلي مقايسه گرديد. نيمرخ هاي سرعت افقي پيش بيني شده از انگاره درسلر و تابع جريان براي مقايسه با نتايج شبيه عددي ارايه شده‌اند.

In terms of the nature of flow profile over weirs, cylindrical weirs are classified as short-crested weirs. Advantages of the cylindrical weir shape include the stable overflow pattern, the ease to pass floating debris, the simplicity of design compared to the ogee crest design. In the present study, numerical simulations of overflow cylindrical weir with smooth and rough surfaces were done employing two sizes using the standard k-? turbulence model. The free surface was determined using the VOF method. Results showed that the k-? turbulence model and the VOF method for predicting of the water surface and flow discharge were suitable, and the relative error of the predicted water head and measured value were within 1-4 %. The effect of roughness in a cylindrical weir on the characteristics of flow, such as discharge coefficient, were studied and compared with the results of previous studies. Predictions according to the Dressler’s theory and the horizontal velocity distribution obtained from the flow function over a curved bed are also presented for comparison