دانلود پایان نامه
(a) (b)
شکل ‏218- تغییرات (a) طول کاویتی و (b) ضریب هوادهی نسبت به سطح مقطع هوای ورودی (Bhosekar et al., 2009)
شکل ‏219- تغییرات ضریب فشار با عدد فرود جریان و مقایسه حالتهای هوادهی و بدون هوادهی (Bhosekar et al., 2009)
موو و همکاران (2012) در مطالعات عددی خود ضمن شبیه سازی عددی سه بعدی جریان عبوری از روی سرریز آزاد شوت بر پایهی روش VOF، به بررسی وضعیت جریان پرداختند. در این تحقیقات شبیه سازی عددی سه بعدی میدان جریان توسط نرمافزار Fluent صورت گرفت. نتیجه این که مدل آشفتگی Standard k-ε در مدل VOF برای سرریز شوت پارامترهای سطح آزاد جریان، توزیع فشار و سرعت جریان را به خوبی تخمین میزند.
چیناراسری و همکاران (2012) با انجام تحقیقات عددی به بررسی مشخصههای هیدرولیکی و توربولانسی جریان در دو حالت سرریز شوت و پلکانی پرداختند. مطالعات در حالت دو بعدی و با استفاده از روش VOF انجام گرفته و برای مدلسازی اغتشاش از مدل آشفتگی دو معادلهای RNG k-ε استفاده شده است. نتایج این شبیه سازی نشان داد که مقادیر پروفیلهای سرعت و فشار در دو حالت سرریز شوت و پلکانی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی داشته و بیشترین درصد اختلاف در توزیع سرعتها در سرریز شوت 17% بوده است. در ایستگاههای دورتر از سرریز پروفیلهای سرعت تمایل به حفظ پروفیل و داشتن مقدار ماکزیمم ثابت دارند. در شرایط ورودی یکسان برای هر دو سرریز، سرعت ماکزیمم در ایستگاه نزدیک به خروجی در سرریز شوت نسبت به سرریز پلکانی بیشتر میباشد که بیانگر احتمال بیشتر وقوع کاویتاسیون در سرریز شوت میباشد. نتایج شدت توربولانسی در سرریز شوت نشان میدهد که بیشترین مقدار آن در کف سرریز و در ایستگاه نزدیک به خروجی که دارای سرعت جریان ماکزیمم میباشد، رخ میدهد.
وو و ما (2012) با انجام آزمایشاتی تاثیر رژیم جریان بعد از هواده را در ورود هوا به داخل جریان و جلوگیری از خسارات کاویتاسیون مورد بررسی قرار دادند. این آزمایشات در دانشگاه هوهایی چین در یک تونل آب که از دو بخش دایرهای به قطر m 21/0 و طول m 8/1 و مستطیلی به ابعاد m 23/0*m 175/0 و طول m 5/3 تشکیل شده بود، انجام گرفت. رمپ هواده در قسمت مستطیلی تونل تعبیه شده بود. برای جریان پاییندست هواده سه رژیم مختلف در نظر گرفته شد، کاویتی پر شده با آب، کاویتی پر شده با هوا و حالت ما بین آنها، که با توجه به عدد فرود جریان از یکدیگر تفکیک میشوند. نتایج آزمایشات نشان داد که تبدیل رژیمهای جریان پاییندست هواده به یکدیگر وابسته به پارامترهای هندسی هواده از جمله زاویه رمپ، ارتفاع رمپ و شیب کف تونل میباشد.
چکیب (2013) به صورت عددی و توسط نرمافزار Fluent به بررسی نقطه شروع هوادهی طبیعی از سطح جریان بر روی سرریز پلکانی پرداخت. در این مدلسازی جهت محاسبه اندرکنش بین فاز آب و فاز هوا از روش VOF و جهت مدلسازی توربولانس جریان از مدل آشفتگی Standard k-ε استفاده گردید. در طی مطالعات چندین نقطه برای تعیین نقطه شروع هوادهی تعیین گردیده و با نتایج آزمایشگاهی و روابط تئوری مقایسه شدند. نتایج این مطالعات مشخص کرد که با افزایش آبگذری جریان، نقطه شروع هوادهی از سطح به پاییندست انتقال یافته و برای دبی در واحد عرض m2/s 82/0 هوادهی از سطح روی پلههای سرریز قرار نداشته و به حوضچه آرامش انتقال پیدا میکند. همچنین در اثر ورود هوا به جریان به دلیل این که باعث کاهش اصطکاک دیوارهها میگردد، سرعت جریان افزایش مییابد.
کرمانی و همکاران (2013) با انجام مطالعات آزمایشگاهی به بررسی مقاطعی که دچار خسارت ناشی از کاویتاسیون در سرریز سد شهید عباسپور شده بودند، پرداختند. آزمایشات بر روی مدل هیدرولیکی صورت گرفته و دو پارامتر سرعت جریان و اندیس کاویتاسیون جهت تعیین 5 سطح مهم در خسارت، مورد بررسی قرار گرفتهاند. در آزمایشات صورت گرفته بر روی مدل هیدرولیکی از 4 دبی مختلف استفاده شده و پارامترهای فشار و سرعت میانگین و اندیس کاویتاسیون تعیین گشتند. در نتایج آزمایشات مقاطع محتمل برای خسارت کاویتاسیون تعیین گشته و مشخص شد که با افزایش دبی جریان، اندیس کاویتاسیون کاهش یافته و احتمال خسارت بیشتر میشود. همچنین از آنجاییکه سرعت جریان در طول سرریز افزایش مییابد، احتمال خسارت در مقاطع انتهایی سرریز بیشتر میگردد.
کاویانپور و همکاران (1382) با انجام مطالعات آزمایشگاهی در رابطه با اندازه گیری نوسانات فشار در پایین دست هواده مستقر در یک تونل دایروی، به بررسی عملکرد هواده با هندسه های مختلف پرداختند. در این آزمایشات که در مرکز تحقیقات آب ایران با برقراری جریان در یک تونل با مقطع دایره ای که دارای یک رمپ هواده بود انجام شد، مقادیر فشار و نوسانات آن در پایین دست هواده به وسیله ی قرار دادن پیزومترهایی در پایین دست رمپ، اندازه گیری شد. مدل آزمایشگاهی شامل یک لوله از جنس ورق شفاف به قطر تقریبی cm 30 و شیب 0.34 و طول تقریبی m 5 ساخته و مورد آزمایش قرار گرفت. رمپ های به کار رفته در این آزمایش دارای زوایای °5 و °10 با ارتفاع های cm 1، cm 2 و cm 3 بودند. با توجه به نتایج این آزمایشات روشن شد که استفاده از هواده ها با ارتفاع کوچک تر جهت تأمین هوا در مجاری بسته تونلی در مقایسه با هواده های با ارتفاع بزرگ تر از نقطه نظر عملکرد هیدرودینامیکی، مناسب تر می باشد.
سرتاج و همکاران (1385) شبیه سازی عددی دو بعدی جریان عبوری از روی سرریز به کمک نرمافزار Fluent را انجام دادند. از روش VOF جهت مدلسازی پروفیل سطح آزاد آب و مدل دو معادلهای RNG k-ε جهت مدلسازی توربولانس جریان استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان داد که مدل عددی با دقت خوبی (حداکثر اختلاف 13- % ) پارامترهای جریان مانند آبگذری و سرعت متوسط را تخمین میزند.
رستمی و همکاران (1386) با استفاده از مدلسازی عددی جریان بر روی سرریز پلکانی خالکایی به بررسی اتلاف انرژی جریان در این سرریز پرداختند. جهت شبیه سازی جریان از نرمافزار Fluent و از روش VOF برای مدلسازی جریان دو فازه آب و هوا و از مدل RSM برای مدلسازی توربولانس جریان استفاده شد. نتایج این نشان میدهد که در اثر عبور جریان سیلاب طراحی از روی سرریز، در حدود 82/47% از انرژی جریان در سرریز پلکانی مستهلک میشود. همچنین مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایشگاهی حاکی از اختلاف حدود 3/2% در برآورد اتلاف انرژی جریان سرریز میباشد.
خورشیدی و همکاران (1387) مطالعات عددی جهت بررسی پدیده کاویتاسیون در تخلیه کننده تحتانی سد سفید رود انجام دادند. در این تحقیقات به کمک نرمافزار Fluent و با استفاده از روش VOF جریان دو فازی آب و هوا مدلسازی شد و در آن پارامترهای سرعت و فشار جریان مورد مطالعه قرار گرفتند و با توجه به این پارامترها تخمین احتمال وقوع کاویتاسیون در طول این تخلیه کننده بررسی شد. نتایج نشان داد که مقدار اندیس کاویتاسیون در اکثر طول تخلیه کننده تحتانی در حدود مقدار بحرانی و حتی کمتر از آن بوده که این خود توجیه کننده وقوع پدیده کاویتاسیون و آسیبهای ناشی از آن در سالهای اخیر میباشد. همچنین معلوم شد که جهت به حداقل رساندن آسیبهای ناشی از پدیده کاویتاسیون در این تخلیه کننده تحتانی، استفاده از سیستمهای هوادهی لازم میباشد.
کاویانپور و همکاران (1387) به تحلیل عددی جریان هوادهی شده توسط هواده در سرریز آزاد با استفاده از نرمافزار Fluent پرداختند و طی آن تاثیر هوادهی بر پارامترهای هیدرولیکی جریان مورد مطالعه قرار گرفت. در بررسی موضوع هوادهی از روش VOF و جهت مدلسازی توربولانس جریان از مدل k-ε استفاده شد. هوادهی جریان توسط سه نوع رمپ با سه زاویه مختلف در کف و دیوارهها انجام گرفت. در نتیجه این مطالعات گزینههای مختلف بررسی شدند و پس از آن مشخص شد که بهترین هوادهی به جریان توسط رمپ °12 با طول m 2 در کف و رمپ °7 در دیوارهها صورت گرفته است. همچنین مقایسه نتایج مدل عددی با مدل فیزیکی و آزمایشگاهی، مطابقت قابل قبولی با یکدیگر را نشان میدهد.
ورجاوند و همکاران (1387) طی مطالعات عددی استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی را مورد بررسی قرار دادند. در این تحقیقات توسط نرمافزار Fluent مشخصههای هیدرولیکی جریان عبوری از روی سرریز پلکانی برای دو مدل مختلف که شامل 15 و 35 پله بودند، به ازائ دبی Lit/s 8/50 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این مطالعات توانایی مدل عددی در مدلسازی جریان عبوری از روی سرریز پلکانی را تایید کرد. اختلاف محاسبه شده بین مدل عددی و فیزیکی برای افت انرژی برای مدل 15 پلکانی و 35 پلکانی به ترتیب برابر 98/1% و 37/2% میباشد.
بهرامی و بارانی (1388) با شبیه سازی عددی جریان عبوری از سرریز شوت به بررسی روند تغییرات غلظت هوا در جریان پرداختند. در این تحقیقات به کمک نرمافزار Flow-3D جریان عبوری از روی شوت در حالتی که هوادهی طبیعی توسط دفلکتورها صورت گرفته، مذلسازی شده و جهت صحت سنجی نتایج از مدل آزمایشگاهی کرامر و همکاران (Krammer et al., 2006) استفاده شده است. نتایج این شبیه سازی مشخص کرد که تغییرات غلظت هوای تحتانی وابسته به غلظت هوای اولیه، عدد فرود جریان و شیب کف شوت میباشد.
کاویانپور و حسینی (1389) مطالعات عددی خود را در رابطه با شبیه سازی جریان دو فازی در سرریز پلکانی سد سیاه بیشه انجام دادند. در این تحقیقات جریان دو فازی عبوری از روی سرریز پلکانی سد سیاه بیشه مدلسازی شده و در طی آن قابلیت سه مدل توربولانسی Standard k-ε، RNG k-ε و RSM در مدل کردن توربولانس جریان مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین مقادیر عددی حاصله برای سرعت و غلظت هوا با نتایج بدست آمده از روابط تجربی مقایسه شدند. پس از بررسی جریان توسط مدلهای توربولانسی مختلف، مشخص شد که مدل RSM با دقت بیشتری نسبت به دو مدل دیگر جریان دو فازه بر روی سرریز را مدل کرده است.
ورجاوند و همکاران (1389) با استفاده از مدل عددی به مدلسازی عددی سرریز جانبی سد ونیار و بررسی پارامترهای جریان عبوری از روی آن پرداختند. در این مدلسازی سه بعدی از نرمافزار Fluent کمک گرفته شد. جهت مدلسازی سطح آزاد آب از روش VOF و جهت مدلسازی توربولانس جریان از مدلهای دو معادلهای k-ε استفاده شد. نتایج حاصل از مدل عددی شامل عمق جریان و فشار هیدرواستاتیکی در 110 نقطه بدست آمده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید و سپس به تحلیل پارامترهای توربولانس جریان در کانال جمعآوری و توسعه لایه مرزی بر روی تنداب پرداخته شده است. نتایج این مدلسازی نشان داد که از بین مدلهای دو معادلهای k-ε، مدل RNG جهت پروفیل سطح آب با اختلاف متوسط 9/2% و مدل Standard جهت فشار هیدرواستاتیکی با اختلاف متوسط 9/8% بهترین تطابق را داشتهاند.
جوان و همکاران (1389) طی مطالعات عددی به بررسی پروفیل سطح آزاد آب بر روی سرریزهای لبه پهن پرداختند. در این تحقیقات به کمک نرمافزار Fluent و بهرهگیری از روش VOF پروفیل سطح آزاد آب بر روی سرریزهای لبه پهن شبیه سازی شده و طی آن کارایی مدلهای توربولانسی Standard k-ε، RNG k-ε و RSM در شبیه سازی الگوی جریان و سطح آزاد آب در سرریزها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این مدلسازی مشخص نمود که در سرریز لبه پهن با وجوه بالادست و پاییندست شیبدار، مدلهای آشفتگی RNG k-ε و RSM پایین افتادگی گرادیان هیدرولیکی گوشههای تیز بالادست تاج را در مقایسه با مدل آشفتگی Standard k-ε بهتر شبیه سازی میکنند.
کرمانی و بارانی (1390) با انجام مطالعاتی روی معادلات حاکم بر جریان در سرریزها و بهرهجستن از روابط هندسی به بررسی کنترل پدیده کاویتاسیون در طول سرریز با کنترل اندیس کاویتاسیون پرداختند. در این مطالعات بعد از استخراج معادلات جریان، روابط هندسی مربوط به مشخصات سرریز از جمله رابطه بین شیب بستر و ارتفاع جریان در سرریز، با آنها ادغام شد. سپس به کمک معادلات استخراج شده به اصلاح پروفیل سرریز به منظور کنترل اندیس کاویتاسیون در طول سرریز پرداخته شد. در نتیجه این تحقیق روابطی ارائه شد که با حل همزمان آنها، اندیس کاویتاسیون در تمامی طول سرریز ثابت و برابر 3/0 میماند که این مقدار از اندیس کاویتاسیون بحرانی (2/0) بیشتر بوده و لذا در این صورت خطر وقوع این پدیده در طول سرریز ناچیز میباشد.
منصوریار و همکاران (1390) مطالعات عددی خود را در مورد بررسی وقوع پدیده کاویتاسیون بر روی سرریز شهید عباسپور (کارون 1) انجام دادند. در این مدلسازی که توسط نرمافزار Fluent صورت گرفت به دلیل عدد رینولدز بسیار بالای جریان و هندسه سرریز از مدل توربولانسی RNG k-ε استفاده شد. در این تحقیق پارامترهای مختلف جریان از جمله پروفیلهای سرعت و فشار در مدل عددی در ایستگاههای مختلف تعیین شده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شدند. با تحلیل اندیس کاویتاسیون مشخص شد که از ایستگاه 110 به بعد این اندیس به کمتر از میزان بحرانی آن که برابر 2/0 است، تنزل مییابد و از این ایستگاه به بعد با احتمال بالای کاویتاسیون سرریز در معرض خطر خواهد بود.
جلالی و همکاران (1390) آزمایشات خود را جهت مطالعه اثر هوادهی در پیشگیری از پدیده کاویتاسیون انجام دادند. در این آزمایشات سه نمونه بتن با ترکیبات مختلف و نسبت اختلاط متفاوت اما دارای وزن یکسان در دو حالت با هوادهی و بدون هوادهی به مدت 5 دقیقه در جریان آب قرار گرفته و پس از تاثیر کاویتاسیون، نمونهها مجددا وزن شدند. با توجه به کاهش وزن نمونهها مشخص شد که با ورود هوا به جریان، فشار در منطقه کاویتاسیون افزایش یافته و در نتیجه آن اندیس کاویتاسیون افزایش مییابد که این امر باعث کاهش قابل توجه صدمات ناشی از پدیده کاویتاسیون بر بتن میشود.
اژدری مقدم و آرامی (1391) در مطالعات عددی خود به بررسی برخی از پارامترهای موثر بر غلظت هوای لایه تحتانی جریان پرداختند. در این تحقیقات به کمک نرمافزار Fluent جریان عبوری از روی سرریز شوت مدل شده و در آن جهت مدلسازی جریان دو فازی آب و هوا از روش اویلر و به منظور در نظر گرفتن اثرات توربولانس جریان از مدل دو معادلهای توربولانسی RNG k-ε استفاده شده است. در طی این مدلسازی به بررسی پارامترهای موثر از جمله شیب شوت و عدد فرود جریان بر عملکرد هواده پرداخته شد. نتایج این مطالعات نشان میدهند که غلظت هوا در طول شوت برای هواده شامل پله، سریعتر از هواده رمپ بوده و مقادیر غلظت هوای کمتری در طول شوت مشاهده میشود. همچنین با افزایش شیب رمپ، هوای بیشتری به جریان وارد شده و گرادیان خروج هوا کاهش مییابد.