بررسي عددي و آزمايشگاهي پرش آبي نوع B در حوضچه‌ي آرامش با پله‌ي ناگهاني و بستر زبر

Numerical and Experimental Simulation of the B-jump in an Abrupt Roughened Bed of a Stilling Basin

حوضچه‌ي‎هاي آرامش از نوع پرش آبي با افتادگي كف ناگهاني به منظور كاهش طول پرش و اطمينان از وقوع پرش در ابتداي حوضچه‌ي در پايين دست دريچه‌ها كاربرد دارند. ممكن است در اين نوع حوضچه‌ي چهارنوع پرش تشكيل شود كه مهمترين آن نوع Bمي‌باشد.از طرفي، ثابت شده‌است كه زبري بستر نيز مي‌تواند به كاهش بيشتر طول پرش و عمق پاياب كمك كند. از اين رو، در تحقيق حاضر پرش نوع Bبر روي بستر زبر با افتادگي ناگهاني با كاربرد شبيه سه بعدي FLOW-3D شبيه‌سازي و با داده‌هاي حاصل از شبيه آزمايشگاهي مقايسه شد. خصوصيات پرش، از جمله عمق مزدوج، توزيع سرعت، و تنش برشي بستر از دو شبيه عددي و فيزيكي استخراج و مقايسه شدند. براي شبيه سازي عددي پرش نوع B از روش حجم سيال در تحليل جريان آزاد و شبيه RNG k-? استفاده شد. نتايج به‌دست آمده نشان دادند كه شبيه آشفتگي RNG k-? در مقايسه با شبيه k-? در شبيه‌سازي پرش آبي با افتادگي ناگهاني با بستر زبر نسبت به ساير شبيه‎هاي آشفتگي از دقت بيشتري برخوردار است. در مقايسه با پرش كلاسيك و بستر صاف، نتايج نشان دادند كه در پرش با افتادگي ناگهاني و بستر زبر عمق مزدوج كاهش مي‌يابد، كه مي‌تواند ناشي از افزايش تنش برشي به‌دليل وجود زبري و افتادگي ناگهاني باشد.

Hydraulic jump type stilling basins with abrupt drop are used to reduce the basin length and to ensure the start of jump at the front of basin immediately downstream of gates. In this type of basin, four different types of jumps can develop of which the most occurred type is the B-jump. On the other hand, it has been shown that the bed roughness can reduce both of the jump length and the required tail-water depth too. Therefore, in the present study, the B-jump in a roughened bed of an abrupt drop basin was simulated by the three dimensional numerical model of Flow-3D and the results are compared with experimental data. The characteristics of B-jump in a roughened bed such as sequent depth, flow velocity distribution, and bed shear stress were obtained from both numerical and experimental models and compared. For numerical simulation of the B-jump, the method of control volume in free surface water and the RNG k-? turbulent model were applied. The results show that the RNG k-? is a better simulation than the k-? turbulent model. The results of both numerical and experimental models proved that for the B-jump in a roughened bed stilling basin, the sequent depth reduces, which can be due to roughness and an increase in the bed shear stress, as a result of both the bed and the abrupt drop.