عنوان پایان‌نامه
مدل سازی عددی سه بعدی جریان فوق بحرانی در خم کانال با استفاده از نرم افزار Fluent
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1653;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53881
- تاریخ دفاع
- ۲۹ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- ریحانه سادات غضنفری هاشمی
- استاد راهنما
- مسعود منتظری نمین
- چکیده
- این تحقیق به منظور مدل¬سازی عددی سه بعدی جریان¬های فوق بحرانی در خم کانال¬های باز با مقطع مستطیلی صورت گرفته است. در این راستا، نرم¬افزار دینامیک سیالات محاسباتی Fluent نسخه 26 3 6، که بر پایه روش حجم محدود می باشد، جهت حل معادلات متوسط¬گیری شده ناویر-استوکس، به عنوان ابزار تحقیق حاضر انتخاب گردید. روش به کار رفته جهت شبیه¬سازی سطح آزاد آب، روش حجم سیال (VOF) و مدل آشفتگی مورد استفاده، مدل استاندارد می¬باشد. به منظور حصول اطمینان از صحت کاربرد این نرم¬افزار، مدل¬سازی سه بعدی پدیده پرش هیدرولیکی اریب در یک تبدیل همگرای نامتقارن انجام و نتایج آن با نتایج بدست آمده از محققین قبلی مقایسه گردید. نتایج نشان می¬دهد که ابزار انتخابی به خوبی قادر به مدل¬سازی امواج ایستا می¬باشد. پس از آن مدل-سازی جریان فوق بحرانی در چهار مدل محاسباتی مربوط به خم¬های با زوایای انحراف 30، 45 و 180 درجه، انحناهای نسبی 083/0 تا 207/0 و محدوده اعداد فرود 00/3 تا 83/4 انجام گردید. در هر یک از مدل¬ها پروفیل عمق آب در طول دیواره خارجی، دیواره داخلی و چهار مقطع طولی میانی تعیین و با داده¬های آزمایشگاهی و نتایج بدست آمده از مدل¬سازی عددی دو بعدی به روش WAF مقایسه گردید. نتایج مقایسات نشان می¬دهد که مدل¬سازی سه بعدی در بهبودنتایج مربوط به بازتولید الگوی جریان و پیش¬بینی خصوصیات امواج ایستا دارای نقش اساسی می-باشد. همچنین مشاهده گردیداثرات آشفتگی در این پدیده نقش چندانی ایفا نمی¬کند.
- Abstract
- Irregular boundaries cause the supercritical flow to choke and form shock-waves. In the case of supercritical bend flow; in addition to the superelevation, these shock-waves by causing an excessive free-surface rise result in a further complication. Although to date (2012) a variety of numerical models have been developed and applied to simulate supercritical bend flows, there still, a clear gap between the current numerical results and experimental data is remained. The distinctive objectives of the present research are thus twofold: first, to seek how incorporating the three-dimensionality alters the results and secondly, to see if the inclusion of turbulence effects will result in better agreement between numerical predictions and measurements. For these motives, a fully three-dimensional (3D) commercial software, FLUENT version 6.3.26, based on the fundamental concepts of computational fluid dynamics (CFD), is employed in this research. The Volume Of Fluid (VOF) method, for reasons of robustness yet simplicity, is here adopted to draw the complex behavior of the free-surface. Also, the two-equation turbulence model is employed for its wide applications in engineering purposes. In order to make certain of the model capability in shock capturing and check the correctness of its implementation as well, the numerical model was applied to the problem of supercritical flow in a symmetric contraction. Results reveal the model’s capability and correctness of predicting the flow pattern as well as shock-waves’ characteristics. The model was then applied to four channel bend cases of a same rectangular cross-section but having different planimetric configurations and various flow conditions. The results herein presented consist of the dimensionless water surface profiles along the outer and inner walls of the tests bends as well as along four longitudinal sections and were compared with the corresponding results of 2D-WAF method and experimental data as well. It was observed that the inclusion of non-hydrostatic pressure component in the governing equations considerably improves the predictions of flow pattern and more specifically shock-waves characteristics. However, the consideration of turbulence not only does not always improve the predictions, but also due to the inherent errors and uncertainty of the turbulence model, less accurate predictions are sometimes provided. Thus, the turbulence phenomenon in the case of supercritical bend flow is unimportant.
