عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی سه بعدی الگوی جریان در آبگیر جانبی سد انحرافی
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-سازه های آبی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 5348;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57684
- تاریخ دفاع
- ۲۸ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- نرگس حسینی اصلی چکوسری
- استاد راهنما
- عاطفه پرورش ریزی
- چکیده
- آبگیری از رودخانه‌ها به عنوان منبع اصلی تامین آب مصارف مختلف کشاورزی، شرب و صنعت همواره مورد توجه بوده است. از بین روشهای مختلف آبگیری، احداث بند‌های انحرافی و آبگیرهای جانبی جز‌‌ء رایج‌ترین روشهای آبگیری مطرح می‌شود. اساس کار این روش، انحراف بخشی از سیلاب رودخانه‌ها با احداث بند انحرافی است. از آنجا که جریان سیلابی رودخانه‌ها اغلب دارای آورد رسوبی است، بنابراین بخشی از رسوبات حمل شده، وارد دهانه آبگیر می‌شود و در نتیجه باعث انسداد دهانه و یا کاهش ظرفیت آبگیری کانال می‌شود. پژوهش‌های زیادی در خصوص ارائه طرح بهینه برای اتصال دهانه آبگیر به کانال اصلی و همچنین روشهای مختلف کنترل رسوبات ورودی به آن صورت گرفته است. در اغلب این پژوهش‌ها، وجود بند انحرافی در مجاورت دهانه آبگیر منظور نشده است. این در حالی است که درک صحیح الگوی جریان و رسوبگذاری در این سازه نیازمند توجه همزمان به دریاچه پشت بند انحرافی، دریچه مجرای تخلیه رسوب، ارتفاع آستانه در ورودی کانال انحرافی و به طور کلی، تمام اجزای یک سیستم انحراف جریان است. امروزه با پیشرفت در زمینه مدل‌های عددی، زمینه شبیه‌سازی عددی میدان جریان در اینگونه از سازه‌ها فراهم شده است؛ بگونه‌ای که با صرف هزینه کمتر می‌توان با سرعت بالاتری به درک جامع‌تری راجع به متغیرهای موجود در میدان جریان دست یافت. در این تحقیق سعی شده است تا به شبیه‌سازی سه بعدی مشخصات هیدرولیکی جریان در آبگیرهای جانبی به صورت یک مجموعه کامل شامل، سازه بند انحرافی، دیواره جداکننده، مجرای تخلیه رسوب، ارتفاع آستانه و آبگیر جانبی پرداخته شود که مکمل تحقیق‌های قبلی باشد. در این تحقیق از بسته نرم‌افزاری دینامیک سیالات محاسباتی،Fluent ، برای شبیه‌سازی عددی الگوی جریان مدل آزمایشگاهی مورد بررسی، استفاده شد و نتایج مدل عددی و فیزیکی از نظر ناحیه جداشدگی جریان، الگوی جریان، گردابه‌ها، جریان‌های ثانویه و الگوی رسوبگذاری و فرسایش مورد مقایسه قرار گرفت. مدل‌سازی عددی جریان توسط مدل آشفتگی k-? و برای دو زاویه آبگیری 120 و 90 درجه و همچنین نسبت‌های آبگیری 5/0 و 65/0 انجام شده است. در این تحقیق بعد از صحت‌سنجی مدل عددی، با اعمال تغییراتی در شکل دهانه آبگیر و شکل و ابعاد دیواره جداکننده، تاثیر این عوامل نیز در الگوی جریان تشکیل شده در مقابل دهانه آبگیر مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج به دست آمده از مدل عددی با نتایج مدل آزمایشگاهی برای زاویه آبگیری 120 درجه و دو نسبت آبگیری 5/0 و 65/0 نشان داد که الگوی جریان در مجاورت کانال آبگیر، به خوبی توسط نرم‌افزار فلوئنت شبیه‌سازی شده است. مقایسه خطوط جریان به دست آمده از نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی و همچنین مقادیر کمّی سرعت عرضی جریان در ترازهای مختلف و بخصوص در نسبت آبگیری 5/0، نشان‌دهنده قابلیت نسبتا خوب مدل استفاده شده در شبیه‌سازی ویژگی‌های جریان در آبگیرهای جانبی است. مقایسه منحنی‌های هم‌سرعت جریان در ترازهای مختلف سطح آب مقابل مجرای تخلیه رسوب، بخصوص در زاویه آبگیری 90 درجه، نشان‌دهنده شکل‌گیری دو ناحیه کم‌سرعت در بالادست دهانه آبگیر و همچنین ساحل راست مجرای تخلیه رسوب است که مستعد رسوبگذاری خواهند بود. نتایج مدل عددی به ازای تغییر شکل ایجاد شده در دهانه ورودی آبگیر و زاویه‌دار کردن آن در دیواره بالادست، حاکی از حذف شدن ناحیه کم‌سرعت تشکیل شده در این دیواره است. همچنین نتایج مدل عددی نشان داد که با تغییر شکل و همچنین تغییر ابعاد دیواره جداکننده جریان می‌توان ساختار الگوی جریان را در مجاورت مجرای تخلیه رسوب تغییر داد و با اعمال این تغییرات، تشکیل جریان‌های ثانویه در ساحل راست دریچه مجرای تخلیه رسوب کاهش می‌یابد.
- Abstract
- Direct outlets from rivers are the most common structures to supply water for agriculture, industry and potable water uses. Among the various methods of river intake, construction of a diversion dam and lateral intake is the main method of priming. This method is based on diverting a part of the river flow using a diversion dam. Whereas the river flows often contain sediment load, sedimentation occurs near the intake structure. Consequently during the time it causes blocking the intake inlet and decreasing intake canal capacity. Many researches have done about optimal design for connection between main canal and the intake inlet and also different methods to control sedimentation. Often they have not considered the diversion dam in vicinity of intake inlet and its affection. However, the comprehending of flow and sedimentation patterns requires the attention to embayment; sluice ways, inlet entrance sill height and all components of a flow diversion system simultaneously. Nowadays, with progression of numerical models, the application of numerical simulation of flow field in such structures is provided.So that with less cost and higher speed, it is possible to find the role of different design parameters in flow field. In present study, simulation of three-dimensional flow field in the lateral intake and its inlet, with taking into account diversion dam structure, dividing wall, sluice way, entrance sill height and the lateral intake was done. In this research, Fluent, computational fluid dynamics software package for numerical simulation of flow patterns, is employed. Then the results of numerical and physical models of the flow separation zone, flow patterns, vortex, secondary flows and sedimentation and erosion patterns were compared. Numerical simulation was done by k-? turbulence model and for two intake angles, 120° and 90°, and also diversion ratios of 0.5 and 0.65. After verifying the model, impacts of some parameters like shape of entrance intake and the shape and dimensions of the dividing wall on the flow pattern formed in the intake inlet has been simulated. Comparison of the result of numerical model with experimental model for inlet angle equal to 120° and two diversion ratio of intake 0.5 and 0.65 shows that diversion flow pattern, has been simulated with a good accuracy. Comparing obtained velocity vectors from numerical model and experimental results and small amounts of z velocity at different levels at the inlet, particularly in diversion ratio equal to 0.5, indicates suitable model reliability for simulation the flow characteristics in the lateral intake. Assessing the velocity contour plots in opposite of the sluice way in different levels, especially at an inlet angle of 90°, indicates the formation of twolow-velocity zones in upstream of canal inlet and also in right bank of the sluice way, which increases the sedimentation potential. Results of the numerical model for deformation in the entrance of intake and angled it at upstream wall, denote the deletion of low-velocity zone in this wall. Numerical modeling results also showe that the flow pattern in the vicinity of sluice way could be changed by varying the shape and dimensions of dividing wall and the formation of secondary currents on the right bank of sluice way is reduced.
