به‌کارگیری دینامیک سیالات محاسباتی در مدل سازی سلول های جریان ثانویه در کانال ذوزنقه ای

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• مهدی اژدری مقدم ¹
• مهنا تاج نسایی ²
• محمد گسوه چی ¹

¹ دانشگاه سیستان و بلوچستان

² دانشگاه آزاد اسلامی بیجار

10.22067/civil.v25i1.35785

چکیده

چکیده جریان عبوری از کانال ها دارای سه مؤلفه‌ی سرعت، یک مؤلفه در جهت جریان و دو مؤلفه در جهت عرضی کانال است. در اثر ناهمگنی نوسانات سرعت، یک سری گردابه های چرخشی در مقطع کانال ایجاد می‌گردند که سلول های جریان ثانویه نامیده می شوند. این سلول ها سبب ایجاد تنش برشی عرضی در جداره های کانال می‌شوند و در نتیجه بحث فرسایش و آبشستگی جداره های کانال را مطرح می‌کنند. ناهمگنی آشفتگی به‌علت شرایط مرزی بستر، دیواره‌ی جانبی و سطح آزاد، نسبت ابعادی کانال و هندسه‌ی کانال به‌وجود می آید. مکانیزم ایجاد جریان‌های ثانویه را می توان به‌کمک معادله‌ی چرخش طولی بیان نمود. در این تحقیق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و نرم افزار ANSYS CFX، جریان در کانال های ذوزنقه ای مدل سازی خواهد شد و علاوه بر بررسی عملکرد CFD در مدل سازی سلول های جریان ثانویه، توزیع سرعت عمق میانگین و تنش برشی مرزی در کانال مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این راستا برای ارزیابی مدل ساخته شده از مدل آزمایشگاهی تومیناگا و همکاران و مدل تحلیلی شینو و نایت بهره گرفته شده است. با صحت سنجی مدل عددی ساخته شده براساس نتایج آزمایشگاهی توافق خوبی مشاهده گردید. نتایج حاکی از عملکرد به‌تر مدل آشفتگی تنش برشی رینولدزSSG در مدل سازی سلول های جریان بود. سطح همگرایی 4-10 به‌دلیل پایداری نتایج در آن به عنوان سطح همگرایی بهینه انتخاب شد.

کلیدواژه‌ها

• کانال ذوزنقه ای
• سلول های جریان ثانویه
• دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
• سرعت عمق میانگین
• توزیع تنش برشی مرزی

---

عنوان مقاله [English]

Application of Computational Fluid Dynamics for Modeling of Secondary Flow cells in Trapezoidal Channel

نویسندگان [English]

• M. Azhdary Moghaddam ¹
• M. Tajnesaie ²
• M. Givehchi ¹

چکیده [English]

Channel flows have three components of velocity, 1component in flow direction and 2components in spanwise of Channel. Because of heterogeneity of velocity undulations, in the channel section the vortices are formed that are nominated “Secondary Current Cells”. These cells cause the lateral shear stress in the channel walls and introduce the erosion and scour of the channel walls. Heterogeneity of the turbulency is caused due to boundary conditions of the bed, side wall and free surface, the aspect ratio and the geometry of the channel. The mechanism of secondary currents can be expressed by longitudinal vorticity equation. In this research, the flow in trapezoidal channels has been modeled using the “Computational Fluid Dynamics” (CFD) with “ANSYS CFX” soft ware, and additional to investigation of sufficiency of CFD in modeling of secondary flow cells, depth averaged velocity and boundary shear stress distributions are perused. For this purpose, the experimental model of Tominaga, and analytical model of Shiono and knight has been used to verify the numerical results. The numerical results are in agreement with the experimental and analytical models.

کلیدواژه‌ها [English]

• Trapezoidal Channels
• Secondary Current Cells؛ Computational Fluid Dynamics (CFD)؛ Depth Averaged Velocity؛ Boundary Shear Stress Distribution