در سازه های ترکیبی سرریز - دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش های برشی کف می شود. از این رو شبیه سازی عددی الگوی جریان عبوری از این سازه ها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از انجام این تحقیق، شبیه سازی عددی الگوی جریان در پایین دست این سازه ها با استفاده از مدل Flow3D است. نرم افزارFlow3D یک نرم افزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل برای شبیه سازی جریان های سطح آزاد سه بعدی غیرماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. برای ارزیابی این نرم افزار با بکارگیری روش حجم سیال (VOF) در تخمین پارامترهای جریان در سازه های ترکیبی، از برخی داده های آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد، به طوری که نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با استفاده از مدل آشفتگی RNG k-Ɛ با آن مقایسه گردید. نتایج آمار خطا برای معادله بدست آمده برای نسبت دبی های عبوری از رو و زیر سازه (معادله 13) نسبت به داده های محاسباتی نرم افزار بر اساس جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و ضریب تعیین (R2) بررسی شد و مقدار RMSE برابر 0.0994 و مقدار R2 برابر 0.992 بدست آمد. نتایج نشان می دهد که مدل Flow3D با دقت بالایی می تواند جهت شبیه سازی پروفیل سطح آب و محاسبه نسبت دبی عبوری از روی سرریز به میزان دبی عبوری از زیر دریچه مورد استفاده قرار گیرد.

آبگیرهای کفی از جمله سازه هایی هستند که معمولا در مناطق کوهستانی ساخته می شوند. در بحث آبگیری از رودخانه ها، روش های متعددی وجود دارد که هر یک ویژگی ها و محدودیت های خاص خود را دارند. آبگیری از جریان آب در رودخانه ها معمولا به دو روش پمپاژ و ثقلی صورت می گیرد. روش ثقلی به دلیل پیوسته بودن و عدم نیاز به صرف انرژی بر روش پمپاژ ارجحیت دارد. روش های مختلفی به طریق ثقلی امکان پذیر می باشد که معمولا به سه دسته آبگیرهای جانبی، جلویی و کفی تقسیم بندی می شوند. با توجه به تجربیات بدست آمده در کشورهای اروپایی برای مناطق کوهستانی و کوهپایه ای با شیب طولی رودخانه بیش از یک درصد در حالی که 75 درصد بار بستر دارای ابعاد بزرگتر از 6 میلی متر باشد، آبگیر کفی توصیه گردیده است. با توجه به اینکه تحلیل هیدرولیکی جریان در آبگیر کفی چندان توسط مدل های ریاضی مورد بحث قرار نگرفته و از طرفی بررسی و ساخت مدل های فیزیکی زمان بر و پر هزینه است، بنابراین در این پژوهش، شبیه سازی هیدرولیک جریان در آبگیر کفی، توسط نرم افزار Flow3D مورد نظر قرار گرفت.در این پژوهش مشاهده گردید که بهترین شیب شبکه آبگیر، برای آبگیری شیب 20 درجه می باشد. از طرفی هر قدر درصد بازشدگی شبکه آبگیر افزایش یابد، نسبت دبی انحرافی نیز افزایش می یابد. همچنین تغییرات ضریب شدت جریان در حالت های مختلف نسبت به عدد فرود، شیب و درصد بازشدگی بررسی شد که با توجه به نمودارهای بدست آمده مشخص شد که افزایش عدد فرود و درصد بازشدگی شبکه آبگیر، باعث کاهش ضریب تخلیه جریان می گردد.

در این پژوهش، تأثیر احداث تک آبشکن متخلخل بر پارامترهای هیدرولیکی جریان در کانال باز با استفاده از مدل عددی به کمک کالیبراسیون مدل غیرخطی فورشهایمر بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار Flow3D و برای شبیه سازی جریان آشفته از مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. بدین منظور آبشکن متخلخل با مشخصات مختلف، شبیه سازی و با انجام آنالیز حساسیت، ضرایب مناسب موردنیاز در معادله فورشهایمر تعیین شد. بر اساس آنالیز حساسیت و مقایسه نتایج با نتایج مدل فیزیکی مشخص گردید اغلب پارامترهای جریان، حساسیت زیادی نسبت به ضریب جمله غیرخطی مدل فورشهایمر دارند و در برخی موارد مدل با اعدادی خارج از محدوده پیشنهادی نرم افزار، کالیبره گردید. بررسی ها نشان داد، افزایش تخلخل موجب کاهش قابل توجه سرعت جریان و کوچک شدن محدوده اثر مقدار بیشینه این پارامتر می گردد. نتایج این تحقیق نشان داد افزایش تخلخل آبشکن، موجب کاهش ارتفاع آب در بالادست آبشکن و افزایش ارتفاع در پایین دست آبشکن می شود. همچنین مشاهده گردید افزایش تخلخل از مقدار بیشینه سرعت کاسته و طول اثر آن را کاهش و نیز کمینه سرعت را افزایش خواهد داد.

سرریز های کنگره ای از سازه های هیدرولیکی هستند که برای تنظیم سطح آب و کنترل جریان در مخازن سدها، کانال ها و رودخانه ها استفاده می شوند. دبی جریان در سرریز ها به طور مستقیم با طول تاج سرریز متناسب است، در صورتی که عرض کانال یا مخزنی که سرریز روی آن اجرا می شود محدود باشد، یکی از راهکار های افزایش ظرفیت، افزایش طول تاج سرریز با زیگزاگ کردن سرریز در پلان است. در این پژوهش عملکرد سرریز کنگره ای با مقطع ذوزنقه ای، با زوایای مختلف دیواره سرریز (α ) مورد بررسی قرار گرفت. هندسه سرریزها در محیط نرم افزار Inventor ایجاد و با فراخوانی در نرم افزار Flow3D، شبیه سازی انجام شد. به منظور صحت سنجی شبیه سازی و تنظیم پارامترهای نرم افزار، از داده های آزمایشگاهی معتبر استفاده شد که نتایج مدل هماهنگی مناسبی با نتایج داده های آزمایشگاهی داشت. تحلیل نتایج نشان داد که افزایش زاویه سرریز در امتداد جریان و در طول دماغه ثابت، سبب افزایش ضریب دبی جریان (cd) می شود. رابطه معکوس بین مقدار بار هیدرولیکی نسبی جریان (h/p)، و ضریب دبی جریان نیز مشخص شد. با افزایش طول دماغه به مقدار 40 درصد، روند افزایش ضریب دبی به واسطه افزایش زاویه سرریز، به میزان 9 درصد کاهش یافت. افزایش 15درجه ای زاویه نیز، روند افزایش ضریب دبی به واسطه افزایش طول دماغه را 5 درصد کاهش داد. با توجه به رابطه مستقیم سرعت متوسط جریان و ضریب دبی، افزایش همزمان طول دماغه و زاویه سرریز، سرعت متوسط جریان را در ابتدای برخورد به کف کانال تا 4 برابر افزایش داد.

انرژی جنبشی زیاد جریان فوق بحرانی خروجی از سرریزها، مجراهای میانی و تحتانی در بدنه سدها که اغلب بصورت جت طراحی می شوند، در تعامل با بستر فرسایش پذیر می توانند پایداری سازه های واقع شده در مسیر آنها را به مخاطره اندازند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی مکانیزم جریان و آبشستگی ناشی از عملکرد همزمان جت های ریزشی و دیواره است. بدین منظور الگوی جریان و آبشستگی ایجاد شده ناشی از برخورد جت ها با استفاده از مدل عددی Flow3D شبیه سازی شده است. پس از صحت سنجی نتایج مدل عددی با داده های آزمایشگاهی، بردارهای سرعت، جریان های ثانویه ناشی از برخورد جت ها، پارامترهای هندسه آبشستگی شامل عمق و طول حفره آبشستگی و نیز ارتفاع برآمدگی، از شروع آبشستگی تا زمان تعادل بستر در زمان های متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل الگوی جریان نشان داد با برخورد دو جت، یک جریان گردابی ساعتگرد در محل برخورد جت ها تشکیل می شود که منجر به فرسایش بستر رسوبی می شود. با گذشت زمان و تجمع رسوبات در پایین دست چاله آبشستگی، جدایش جریان در بالای برآمدگی اتفاق می افتد و یک جریان گردابی پادساعتگرد در بالادست برآمدگی بوجود می آید. بررسی مکانیزم آبشستگی نشان داد بیشترین نرخ فرسایش در مراحل اولیه فرآیند آبشستگی اتفاق می افتند، به طوریکه در 15 درصد ابتدایی زمان تعادل شبیه سازی، به ترتیب 80، 67 و 76 درصد بیشینه طول، عمق و عرض آبشستگی رخ داده است. نتایج بدست آمده از مدل عددی به ترتیب با خطای 86/1، 7/7 و 31 درصد پارامترهای بیشینه عمق، طول و ارتفاع برآمدگی را در مقایسه با مقادیر آزمایشگاهی پیش بینی نمودند.

در تحقیق حاضر تأثیر شیب جانبی کانال بر تنش برشی بستر و مشخصات پرش هیدرولیکی از جمله استهلاک انرژی، طول پرش و نسبت اعماق مزدوج مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا مدل عددی فلو تری دی به کمک نتایج آزمایشگاهی منتشر شده برای کانال ذوزنقه ای با شیب بدنه 45 درجه واسنجی شده، مدل آر ان جی از بین مدلهای آشفتگی انتخاب گردید و سپس مدل برای شرایط هیدرولیکی متفاوت (عدد فرود بین 5/1 تا 12) و دو شیب 60 و 75 درجه بدنه کانال اجرا و نتایج بدست آمد. نظر به اهمیت تنش برشی، که معمولاً در مطالعات آزمایشگاهی بررسی نمی شود، در این مطالعه علاوه بر مشخصات پرش، توزیع تنش بستر در هر سه کانال محاسبه گردید. نتایج حاصل رفتار متفاوت پرش و تنش برشی در فلوم ذوزنقه ای با شیب 45 درجه را نشان میدهد بطوریکه عدم تقارن پرش در آن بسیار ملموس بوده و تمرکز تنش برشی در سمت چپ فلوم مشاهده می شود. مقایسه نمودارهای تنش برشی حاکی از کاهش چشمگیری مقادیر تنش برشی بعد از پرش بوده که بیشترین آن مربوط به فلوم با شیب جانبی 45 درجه است. همچنین مشخص گردید که با افزایش شیب جانبی میزان تنش برشی و نسبت اعماق مزدوج افزایش و میزان افت انرژی و طول پرش کاهش می یابد.

در این مقاله پدیده پرش هیدرولیکی که یکی از مهمترین راههای استهلاک انرژی جریان در مهندسی هیدرولیک است، به کمک نرم افزار Flow-3d شبیه سازی شد. برای درستی سنجی نرم افزار در پیش بینی پارامترهای جریان در پرش هیدرولیکی از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با استفاده از دو مدل آشفتگی k-e و RNG، با آن مقایسه شد. سپس از یک حوضچه آرامش استفاده شد و نتیجه های حاصل از شبیه سازی با اندازه گیری های آزمایشگاهی مربوط مقایسه شد. نتیجه های شبیه سازی عددی برای پروفیل سطح آب و توزیع عمقی سرعت در مقایسه با اندازه گیری های آزمایشگاهی دارای انطباق خوبی است.

یکی از سازه های متداول جهت استهلاک انرژی جریان های پر سرعت، حوضچه آرامش می باشد که از میان هندسه های مختلف قابل استفاده، حوضچه های آرامش واگرا با شیب کف معکوس دارای عملکرد هیدرولیکی مناسب تر و هزینه ساخت کمتر می باشند. در این تحقیق قابلیت مدل سازی عددی پرش هیدرولیکی واگرا بر روی شیب کف معکوس با استفاده از نرم افزار Flow3D مورد ارزیابی قرار گرفته است. داده های مدل آزمایشگاهی در زوایای واگرایی 5 و 10درجه در شیب های کف معکوس 3/1، 35/2، 2/3 و 57/4 درجه به علاوه جهش هیدرولیکی کلاسیک مورد استفاده قرار گرفت. مقایسه نتایج خروجی مدل شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی نشان داد که مدل مقادیر پروفیل های سطح آب، طول پرش و مقادیر حداکثر سرعت در عمق را با دقت خوبی نشان می دهد. نتایج مربوط به پروفیل سطح آب حاکی از آن است که خطای نسبی متوسط مقادیر عمق آب به دست آمده از مدل عددی و مقادیر اندازه گیری شده تقریبا 15 درصد می باشد. پروفیل های سرعت نیز تطابق خوبی با داده های اندازه گیری شده داشتند.

قطره چکان ها، مهمترین بخش سیستم آبیاری قطره ای می باشند. بنابراین کارایی هیدرولیکی قطره چکان ها نقش تعیین کننده-ای در کارایی و یکنواختی سیستم آبیاری قطرهای دارد. از طرفی تولید قطرهچکان مناسب پر هزینه و وقتگیر و مشاهده جریان داخل مجاری آنها به دلیل ریزی و پیچیده بودن آن ها غیر ممکن می باشد. در این تحقیق سه نوع قطرهچکان با کدهای A، B و C انتخاب شدند و اندازه مجاری آنها با عکس برداری توسط میکروسکوپ الکترونی (SEM)، تعیین گردید. جریان داخل مجاری قطره چکان ها توسط دو نرمافزار دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، FLOW3D و FLUENT با فرض آرام بودن جریان درون مجاری شبیه سازی گردید. پس از تعیین میزان دبی در هر فشار، رابطه دبی-فشار به دست آمد. نتایج حاصل از دو نرم افزار FLOW3D و FLUENT با داده های آزمایشگاهی مقایسه گردیدند و مقدار میانگین خطای متوسط پیش بینی دبی برای نرم افزار FLOW3D ، 5.5 درصد و برای نرم افزار FLUENT، 3.6 درصد تعیین گردید که نشان میدهد که هر دو مدل FLOW3D و FLUENT با دقت خوبی قادر به پیشبینی جریان آرام داخل مجاری قطره چکان های مورد مطالعه می باشند و گزینه مناسبی برای بهینه کردن طراحی قطره چکان ها به شمار می روند.

ته نشینی به وسیله نیروی ثقل از معمول ترین و پرکاربردترین روشهای جداسازی ذرات جامد معلق در آب و فاضلاب می باشد. حوضچه های ته نشینی از اجزاء مهم و اصلی در هر فرآیند تصفیه آب به شمار می روند. به دلیل هزینه بسیار زیاد ساخت و نگهداری این حوضچه ها، عملکرد بهینه حوضچه های ته نشینی بسیار حائز اهمیت است. محققان به منظور افزایش کارایی حوضچه، روش های مختلفی پیشنهاد کرده اند که در این میان تغییر هندسه با نصب تیغه در حوضچه ها جزء روش های اقتصادی بوده و نظر محققان را جلب کرده است. ﺩ ﺭ ﺗ ﺤ ﻘ ﻴ ﻖ ﺣ ﺎ ﺿ ﺮ ﺟ ﺮ ﻳ ﺎ ﻥ ﺣ ﺎ ﻭ ﻱ ﺫ ﺭ ﺍ ﺕ رسوب ﺩ ﺭ ﺣ ﻮ ﺿ ﭽ ﻪ ته نشینی ﻣ ﺴ ﺘ ﻄ ﻴ ﻠ ﻲ ﺑ ﻪ ﺭ ﻭ ﺵ ﺣ ﺠ ﻢ ﻣ ﺤ ﺪ ﻭ ﺩ ، با استفاده از نرم افزار Flow3D ﻭ ﺑ ﺎ ﺍ ﺳ ﺘ ﻔ ﺎ ﺩ ﻩ ﺍ ﺯ ﻣ ﺪ ﻝ ﺁ ﺷ ﻔ ﺘ ﮕ ﻲ RNG k-ε ﺑ ﻪ ﺻ ﻮ ﺭ ﺕ ﺗ ﻚ ﻓ ﺎ ﺯ ی ﺷ ﺒ ﻴ ﻪ ﺳ ﺎ ﺯ ﻱ ﺷ ﺪ ﻩ است. هدف از انجام این مطالعه، شبیه سازی عددی هیدرولیک جریان در حوضچه-های ته نشینی با آرایش تیغه های متفاوت و در نهایت دستیابی به بهترین هندسه برای کاربرد تیغه است. با توجه به تطابق نسبتاً ﺧ ﻮ ﺏ ﻧ ﺘ ﺎ ﻳ ﺞ مدل ﻋ ﺪ ﺩ ﻱ ﺣ ﺎ ﺿ ﺮ ﺑ ﺎ ﺩ ﺍ ﺩ ﻩ ﻫ ﺎ ﻱ ﺁ ﺯ ﻣ ﺎ ﻳ ﺸ ﮕ ﺎ ﻫ ﻲ ، ﺍ ﺯ ﺻ ﺤ ﺖ ﻧ ﺘ ﺎ ﻳ ﺞ ﺷ ﺒ ﻴ ﻪ ﺳ ﺎ ﺯ ﻱ عددی با نرم افزار Flow3D ﺍ ﻃ ﻤ ﻴ ﻨ ﺎ ﻥ ﺣ ﺎ ﺻ ﻞ ﺷ ﺪ ﻩ است. بررسی نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد جریان در حوضچه های رسوب گذار به شدت تحت تاثیر حضور تیغه است. با توجه به مدل های بررسی شده مشخص گردید حضور تیغه با ارتفاع کمتر و نزدیک تر به ورودی حوضچه و همچنین حضور تیغه با ارتفاع بیشتر و دورتر از ورودی حوضچه بیشترین تاثیر را بر راندمان ته نشینی دارد.