در تقاطع­­های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال­های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حائز اهمیت می­باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می­باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه­سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه­سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال­­های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قائم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به­طوری­که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

در تقاطع­­های راست گوشه سه شاخه یا چهار شاخه کانال­های روباز، مطالعه جدایی جریان بسیار حائز اهمیت می­باشد. برخی پارامترهای موثر در این زمینه نسبت دبی ورودی و عمق جریان می­باشد که در این تحقیق تاثیر نسبت دبی ورودی و نسبت ارتفاع سرریزها (عمق جریان) در الگوی جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی به صورت عددی شبیه­سازی شده است. بررسی نتایج مدل عددی نشان داد که مدل k-ω بیشترین مطابقت را با نتایج آزمایشگاهی دارد، به طوریکه میزان خطای شبیه­سازی کمتر از 20% بود. ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال­­های اصلی و فرعی با نسبت دبی ورودی رابطه مستقیم داشت. همچنین با افزایش ارتفاع سرریزهای خروجی، عمق جریان افزایش یافت و منجر به کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی شد. مطابق نتایج عددی، ابعاد ناحیه جداشدگی در راستای قائم از کف کانال به سطح آب افزایش یافت، به­طوری­که برای نسبت دبی 6/0 و نسبت ارتفاع سرریز 377/0، طول ناحیه جداشدگی در کف کانال، فاصله 1/0 متر از کف و در سطح آب به ترتیب در حدود 60 سانتیمتر، 75 سانتیمتر و 85 سانتیمتر بود. بنابراین از سطح آب به سمت کف کانال طول ناحیه جداشدگی در حدود 29% کاهش یافت.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

جریان ورودی به آبگیر به­دلیل مومنتم بالا در جهت کانال اصلی سبب ایجاد جدایی جریان درون آبگیر می شود. در این تحقیق، با به کارگیری موانع در دو حالت چیدمان موازی و زیگزاگی و در شرایط وجود و کاهش ورتکس ناشی از موانع در مسیر جریان، سعی در بررسی میزان تأثیر ورتکس بر ابعاد ناحیه جداشدگی ابتدای آبگیر شده است. با توجه به مشاهدات می توان بیان نمود که قرارگیری موانع به­صورت زیگزاگی، حداکثر تا 49 درصد سبب کاهش طول و تا 65 درصد کاهش عرض ناحیه جداشدگی نسبت به حالت بدون موانع می شود . با کاهش تأثیر ورتکس در حالت زیگزاگی موانع، ابعاد ناحیه جداشدگی در مقایسه با حالت های با وجود ورتکس و آزمایش شاهد کاهش می یابد. در صورت چیدمان موازی و کاهش ورتکس، حداکثر تا 48 درصد شاهد کاهش طول و تا 29 درصد افزایش عرض ناحیه جداشدگی نسبت به حالت های بدون موانع و با وجود ورتکس می باشیم.

محل تلاقی رودخانه ها از اجزای مهم مورفولوژیکی سیستم های رودخانه ای می باشد. جریان ورودی از شاخه فرعی باعث تغییرات شدید سرعت و آشفتگی جریان در محل تلاقی و در نتیجه فرسایش و رسوبگذاری می شود. الگوی جریان در محل تلاقی به شدت متاثر از زاویه اتصال می باشد. در این تحقیق توانایی مدل  SSIIM1برای شبیه سازی جریان سه بعدی در محل تلاقی و تاثیر زاویه اتصال بر خصوصیات جریان مورد مطالعه قرار گرفت. واسنجی و صحت سنجی مدل برای زاویه 90 درجه و با استفاده از نتایج اندازه گیری وبر و همکاران (2001) در دانشگاه آیوا انجام شد. نتایج نشان داد که مدل SSIIM1 در طی مراحل واسنجی و صحت سنجی نیمرخ سطح آب را با خطای کمتر از 3 درصد و با حداکثر خطای حدود 10 درصد پروفیل های سرعت طولی در مقاطع مختلف را محاسبه می کند.سپس تاثیر زوایای اتصال 45، 90 و 135 درجه بر هیدرولیک جریان به خصوص تنش برشی بستر، ابعاد ناحیه جداشدگی، الگوی جریان ثانویه، پروفیل های سرعت و نیمرخ سطح آب بررسی شد. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه اتصال ابعاد ناحیه جداشدگی افزایش می یابد. در زاویه 45 درجه ناحیه جدا شدگی قابل ملاحظه ای مشاهده نشد. مقدار شاخص شکل ناحیه جداشدگی برای زاویای 90 و 135 به ترتیب 5.8 و 7.45 به دست آمد. مقدار نسبت عمق بالادست به پایین دست برای زاویای 45، 90 و 135 درجه به ترتیب برابر 1.05، 1.06 و 1.09 محاسبه شد. همچنین نتایج نشان داد با افزایش زاویه اتصال از 45 به 135 درجه حداکثر تنش برشی بستر در محل اتصال 80.2 درصد افزایش می یابد.

مطالعه ی هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ها و کانال های روباز از جنبه های مختلف شامل فرسایش، رسوب گذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهم ترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیة جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشه ی پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخه ی فرعی به شخة اصلی به وجود می آید. در پژوهش حاضر تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر ابعاد ناحیه ی جداشدگی جریان بررسی شده است. آزمایش ها به ازای چهار نسبت دبی، چهار عدد فرود پایاب و زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه اجرا شده است. نتایج به دست آمده حاکی از افزایش ابعاد ناحیه ی جداشدگی در اثر کاهش زاویه ی شیب جانبی دیوار کانال اصلی است. میانگین افزایش طول ناحیه ی جداشدگی به ازای زاویه های 45، 60 و 75 درجه نسبت به دیوار قائم به ترتیب برابر 55/3، 30/3 و 15/5 درصد به دست آمده است. مقادیر گفته شده برای پهنای ناحیه ی جداشدگی به ترتیب برابر 33/8، 22/7 و 10/8 درصد است. کاهش عدد فرود پایاب و افزایش نسبت دبی کانال فرعی به کانال اصلی نیز با افزایش ابعاد ناحیه ی جداشدگی همراه است. همچنین، متناسب با افزایش زاویه ی شیب جانبی، شاخص شکل ناحیه ی جداشدگی افزایش می یابد به طوری که میانگین مقادیر آن به ازای زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه به-ترتیب برابر 0/144، 0/147، 0/150 و 0/156 به دست آمده است. علاوه بر آن، روابطی رگرسیونی برای محاسبه ی طول و پهنای ناحیه ی جداشدگی و بر اساس متغیرهای بی بعد تحقیق حاضر استخراج و به ازای شیب جانبی 90 درجه با روابطی مقایسه شد که دیگر محققان به کار برده اند.

ساختار جریان در آبگیرها ساختاری سه بعدی و بسیار پیچیده است. بنابراین کاربرد معادلات یک بعدی و دو بعدی در این نوع جریان ها واقعیت جریان را به اندازه کافی بیان نمی کند. در این پژوهش شبیه سازی عددی جریان منشعب شده از یک کانال اصلی به داخل کانال فرعی با زاویه 45 درجه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به دست آمده با مدل آزمایشگاهی مقایسه شد. در این مطالعه از دو مدل محاسباتی RNG K-e, Standard K-e برای مدل سازی عددی جریان متلاطم استفاده گردید و محل جداشدگی، خصوصیات جداشدگی و توزیع سرعت به دست آمده از مدل های عددی با نتایج به دست آمده از داده های آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل  Standard K-eسرعت جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی را در دهانه آبگیر بهتر تخمین می زند. علاوه بر این در مدل های عددی و آزمایشگاهی دیده شد که در آبگیرهای 45 درجه محل جداشدگی جریان در پایین دست دهانه آبگیر اتفاق می افتد.

آبگیر جانبی همراه با کانال انحرافی یکی از روش های آبگیری از رودخانه است. با توجه به اینکه بیشتر رودخانه های در طبیعت به حالت مئاندری است بنابراین تعیین موقعیت و زاویه آبگیری از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مقاله با شبیه سازی عددی میدان جریان در اطراف آبگیر در یک قوس 180 درجه با استفاده از مدل عددی SSIIM2 در چهار موقعیت 45، 90، 115 و 135 درجه با چهار زاویه آبگیری 30، 45، 60 و 90 درجه به بررسی ابعاد صفحه تقسیم جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی در کانال فرعی و اصلی پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا مدل SSIIM2 نسبت به مدل های آشفتگی k-e استاندارد و RNG حساسیت سنجی شده و نتایج با نتایج آزمایشگاهی منتصری و همکاران (1387) درستی آزمایی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد در همه موقعیت ها، زاویه آبگیری 90 درجه دارای بیشترین ابعاد نواحی جداشدگی، بیشترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز بستر و کمترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز نزدیک سطح را دارد و در عوض زاویه آبگیری 30 درجه دارای کمترین ابعاد نواحی جداشدگی جریان و کوچکترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز بستر و بیشترین عرض صفحه تقسیم جریان در تراز سطح را دارد. همچنین در موقعیت 135درجه، در تمام زوایای آبگیری، عرض صفحه تقسیم جریان در سطح بیشترین مقدار و در کف کمترین مقدار را دارد.