عنوان پایان‌نامه

بررسی دقت روش‌های عددی مختلف در شبیه‌سازی جریان دوگانه آزمایشگاهی



    دانشجو در تاریخ ۳۰ شهریور ۱۳۹۱ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "بررسی دقت روش‌های عددی مختلف در شبیه‌سازی جریان دوگانه آزمایشگاهی" را دفاع نموده است.


    محل دفاع
    کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1780;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57799
    تاریخ دفاع
    ۳۰ شهریور ۱۳۹۱

    مدل‌های عددی که به منظور شبیه‌سازی جریان در کانال‌های باز تهیه شده‌اند به رژیم جریان حساس هستند. در شرایطی که جریان تغییر رژیم می‌دهد و از منطقه بحرانی عبور می‌کند (جریان دوگانه)، خصوصاً اگر امکان وقوع پرش هیدرولیکی متحرک فراهم شود به منظور تسخیر شوک و حل مساله ناپیوستگی جریان باید تکنیک‌های خاصی در نظر گرفته شود. مدل‌های عددی مختلفی برای حل مساله در حالت‌های خاصی از جریان دوگانه توسعه یافته‌اند. برای اطمینان از نتایج این مدل‌ها، مقایسه آنها با نتایج مدل‌های آزمایشگاهی ضروری است. در این تحقیق سعی بر آن بوده است که با توسعه یک مدل عددی و صحت‌سنجی آن با داده‌ها گزارش شده در کشور، توانایی مدل در شبیه‌سازی یک پرش هیدرولیکی متحرک سنجیده و تحلیل شود. در روش توسعه یافته برای شبیه‌سازی جریان دوگانه از روش صریح مک‌کورمک در قالب تفاضل محدود استفاده شده و روش لزجت مصنوعی جیمسون برای حل مشکل نوسان‌های کاذب در مجاورت شوک به کار گرفته شد. نتایج مدل عددی با وجود تطابق خوب با آزمون‌های متعارف و نتایج تحلیلی، در برخی از پارامترها با نتایج آزمایشگاهی تطابق کامل ندارد. به منظور یافتن دلیل این مغایرت‌ها بررسی‌هایی انجام گرفت. پیچیدگی‌های ذاتی جریان دوگانه در حالت غیرماندگار و پیچیدگی شرایط مرزی از جمله دلایل این مغایرت‌ها شناخته شد. بررسی‌ها نشان داد که نتایج مدل به پارامترهایی مانند شیب و عمق (به عنوان شرط مرزی) حساسیت بیشتری دارد و در مورد ضریب زبری و مقدار دبی تغییر در نتایج محسوس نیست.
    Abstract
    Most of numerical methods which are developed to simulate open channel flows are sensitive to flow regime. If the flow regime changes and passes the critical zone (transcritical flow), especially in the case of moving hydraulic jump, it is essential to perform suitable techniques to capture the shock and handle the discontinuity in depth. There are several numerical models developed for simulating transcritical flows. In order to evaluate the validity of these models, comparison with experimental data is necessary. In this research a numerical model is developed and its capability in simulating moving hydraulic jump is evaluated using available experimental data. Explicit Mac-Cormack scheme is used in the model and the Jameson artificial viscosity is used to suppress the spurious oscillations in the vicinity of the moving shock. The results of the developed model is firstly verified by typical tests and then compared with experimental data. Although the developed model had passed several verification tests, discrepancies between the numerical results and the experimental data in some parameters is observed. Complexity of the transcritical flow and boundary conditions may be responsible for these differences in results. Sensitivity analysis shows that the results are more sensitive to parameters such as slope and depth (as a boundary condition) whereas the Manning coefficient and flow rate have less impact on observed inconsistencies.