عنوان پایان‌نامه
مدلسازی عددی جریان هیدرودینامیک به صورت دو بعدی در قائم و مقایسه آن با مدلهای هیدروستاتیک (مطالعه موردی: بررسی فشار هیدرودینامیک وارد بر پیشانی دریچه ها در عمقها و بازشدگیهای مختلف)
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 36132;کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1035
- تاریخ دفاع
- ۱۴ شهریور ۱۳۸۶
- دانشجو
- فاطمه چگینی
- استاد راهنما
- مسعود منتظری نمین
- چکیده
- بسیاری از مدلهای موجود برای شبیه سازی جریانهای غیر ماندگار با سطح آزاد بر این فرضیه استوارند که مولفه شتاب در جهت قائم نسبت به سایر مولفه های فشار در معادلات حاکم کوچک و قابل صرفنظر کردن بوده و در نتیجه این مدلها براساس فرض فشار هیدروستاتیک تهیه شده اند. اگر چه این فرض برای شبیه سازی جریان در شرایطی که مقیاس حرکت در جهت افق بسیار بیشتر از مقیاس حرکت در جهت قائم است کاربرد دارد اما برای مدلسازی جریان در برخی شرایط لازم است که معادلات ناویر استوکس به طور کامل حل شده و یا به عبارت دیگر مولفه شتاب در جهت قائم در نظر گرفته شود. در این پایان نامه مدلی عددی برای شبیه سازی جریان با سطح آزاد با در نظر گرفتن فشار غیر هیدروستاتیک به صورت دو بعدی و در قائم با استفاده از روش حجم محدود به زبان فرترن تهیه شده است. معادلات پیوستگی و اندازه حرکت با استفاده از روش تفکیک زمانی گسسته شده اند. در این مدل معادله جابجایی با استفاده از روش صریح و حل گردیده است. علاوه بر آن به منظور مدلسازی جریان آشفته مدلهای آشفتگی اسماگورینسکی و ... در مدل عدیی تهیه شده اعمال گردیده و با یکدیگر مقایسه شده اند. برای در نظر گرفتن تراز سطح آب فشار لایه آخر با فرض فشار هیدروستاتیک تعیین گردیده است شبکه بندی و مختصات به کار رفته در مدل عددی حاضر به ترتیب شبکه با ساختار جابجا شده و مختصات کارتزین می باشد. جهت حصول اطمینان از عملکرد صحیح مدل عددی تهیه شده و بررسی صحت نتایج حاصل از آن مدل به کمک آزمونهای مختلف متداول مورد ارزیابی قرار گرفته است. از جمله این آزمونها می توان به آزمون موسوم به مخروط گوسی آزمون انتشار موج شبیه سازی جریان گذرنده از روی مانع مستغرق آزمون غلظت ثابت و آزمون شبیه سازی جریان متغیر سریع اشاره نمود. پس از حصول اطمینان از صحت مدل جریان غیر دائمی متغیر سریع ناشی از بازشدگی ناگهانی دریچه ها توسط مدل شبیه سازی گردیده و مقادیر فشار وارد بر دریچه ها محاسبه شده است. سپس این مقادیر فشار در عمق ها و بازشدگیهای مختلف با فشار هیدروستاتیک مقایسه شده است. همخوانی نتایج بدست آمده توسط مدل در آزمونهای مختلف با نتایج آزمایشگاهی و تحلیل صحت عملکرد مدل توسعه یافته دقت کلی شبیه سازی شرایط هیدرودینامیکی و توانایی مدل در حل مسائلی کهفرض فشار هیدروستاتیک در آنها معتبر نمی باشد را اثبات می نماید.
- Abstract
- The hydrostatic pressure assumption has been widely used in studying water movements in shallow waters where the water depth is much smaller than the horizontal length scale. It is assumed that the pressure field in a shallow water flow is hydrostatic because the nonhydrostatic pressure component is much smaller than the hydrostatic pressure component and thus can be safely neglected in model simulations. While such a simplification is valid in many shallow water applications, there are also many cases where this assumption may be questionable. In this thesis, a finite volume model in cartesian coordinate system is developed to simulate two-dimensional vertical free surface flows, deploying a non hydrostatic pressure distribution. The algorithm is based on a projection method. The advection equation is solved using the Fromm method and the diffusion equation is solved by an implicit method. Moreover, in the developed model, a hydrostatic pressure assumption is applied at the top layer. Several numerical tests have been undertaken to test the numerical model. Some examples are: the Gaussian hump test, propagation of small amplitude stokes linear waves, simulation of turbulent free surface flow over a submerged structure and the simulation of standing wave. After the evaluation of the model, non hydrostatic pressure distribution on breastwalls was calculated and compared with hydrostatic pressure. The comparision of numerical results with analytical solutions or experimental data show the validity and accuracy of the model.
