مقایسه کاربرد مدل‌‌های آشفتگی RSM و LES در پیچ تند

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

• جواد مظفری ¹
• امیر صمدی ²
• سید اسدالله محسنی موحد ¹
• داود داودمقامی ¹

¹ دانشگاه اراک

² دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

10.22067/civil.v27i1.38252

چکیده

شناخت الگوی جریان و مکان‌های فرسایش و رسوب‌گذاری در پیچ آبراهه‌ها دارای اهمیت زیادی می‌باشد. اما استفاده از مدل‌های فیزیکی و بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان در پیچ‌ها دارای محدودیت است و مدل‌های ریاضی می‌توانند کمک شایانی به شناخت الگوی جریان در پیچ‌ها کنند. در این تحقیق، مدل‌‌های آشفتگی RSM و LES در پیچ تند یک آبراهه‌ی آزمایشگاهی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت مقایسه شده‌اند. آبراهه‌ی آزمایشگاهی، کانالی با پیچ تند است که در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه EPFL مستقر می‌باشد. برای بررسی مدل‌های آشفتگی، از پارامترهای متوسط‌گیری شده در عمق استفاده گردید. هم‌چنین برای بررسی کمی مدل‌های آشفتگی، تعدادی پروفیل سرعت طولی انتخاب شد و با پروفیل‌های اندازه‌گیری شده مقایسه گردید. نتایج بررسی سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق نشان داد که مدل RSM توانایی تعیین دقیق نقاط مهم جریان را ندارد. این مدل، منطقه‌ی جداشدگی جریان را در زاویه‌ی 85 درجه و با بیشینه عرض 40 درصد نشان می‌دهد در حالی‌که در اندازه‌گیری‌ها، این منطقه دارای بیشینه عرض 60 درصد عرض کل و در حدود زاویه‌ی 75 درجه واقع می‌باشد. در مقابل، مدل LES به‌صورت مناسبی منطقه جداشدگی را نشان می‌دهد و موقعیت‌های بیشینه سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق را نیز مناسب‌تر از مدل RSM مشخص می‌کند. بررسی سرعت عرضی متوسط‌گیری شده در عمق نیز نشان داد که موقعیت‌های تغییر جریان عرضی به‌وسیله‌ی مدل LES مناسب‌تر از مدل RSM شناخته شده است. نهایتاً مقایسه‌ی کمی پروفیل‌های سرعت نشان داد که مدل LES خطای کمتری دارد و نتایج مناسب‌تری را ارائه می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

• پیچ تند
• فلوئنت
• سرعت متوسط‌گیری شده در عمق
• مدل‌آشفتگی

---

عنوان مقاله [English]

Comparison of RSM and LES Turbulence Models on Sharp Bend

نویسندگان [English]

• Javad Mozaffari ¹
• Amir Samadi ²
• Seyed Asadollah Mohseni Movahhed ¹
• Davoud Davoud-Maghami ¹

¹ Arak University

² Imam Khomeini International University

چکیده [English]

Recognizing of river flow pattern, deposition and erosion areas in meanders is highly important. Despite the limitations of the physical models in laboratory investigation of flow pattern in meanders, mathematical models can be helpful. In this research, RSM and LES turbulence models have been compared on sharp river bend of a laboratory flume using Fluent Software. The Laboratory flume is a sharp river bend established in hydraulic laboratory of EPFL. In order to investigate turbulence models, depth-averaged parameters were used. Moreover, to quantitatively examine those models, some longitudinal velocity profiles were selected and compared with measured ones. Results of longitudinal depth averaged velocities showed that RSM model is not able to precisely determine the important flow points. This model shows flow separation region within 85 degree and maximum width of 40 percent, though measurements indicated it was located in the region with maximum width of 60 percent of total width and approximately 75 degree. On the contrary, LES model suitably shows separation region. Besides, it better determines maximum measured depth averaged velocity situations rather than RSM model. Investigation of transversal depth-averaged velocity distinguished LES model from RSM as the better model and finally quantitative comparison of velocity profiles showed LES model is more accurate and presents more valid authentic results.

کلیدواژه‌ها [English]

• Depth-Averaged velocity
• Fluent
• Sharp bend
• Turbulence model

مراجع

1. Shettar, A.S., and Murthy, K.K., "A numerical study of division of flow in open channels", Journal of Hydraulic Research, Delft, The Netherlands, Vol. 34, No. 5, pp. 651-675, (1996).

2. صفرزاده گندشمین، ا.، و صالحی نیشابوری، ع.ا.، "مطالعه‌ی عددی الگوی جریان آشفته و بررسی کیفی انتقال رسوب و فرسایش در آبگیری جانبی از رودخانه"، مجله‌ی فنی و مهندسی مدرس، شماره‌ی 25، صص. 18-1، (1385).

3. امید بیگی، م.ع.، "مطالعه‌ی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی سهبعدی الگوی جریان در آبگیری جانبی از رودخانه در حضور صفحات مستغرق"، پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد، دانشکده‌ی کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، (1388).

4. شاملو، ح.، و پیرزاده، ب.، "بررسی اثرات پارامترهای هندسی و هیدرولیکی بر ابعاد ناحیه‌ی جدایی جریان در آبگیرهای جانبی به‌کمک نرم‌افزار فلوئنت"، نشریه‌ی مهندسی عمران و نقشه‌برداری، صص. 487-495، (1389).

5. Han, S.S., "Characteristics of flow around 90 open channel bends", PhD. Thesis. Dept. of Building, Civil and Environmental Engineering, Concordia University, Montreal, Quebec, (2010).

6. van Balen, W., Uijttewaal, W.S.J., and Blanckaert, K., "Large eddy simulation of a mildly curved open-channel flow", J. Fluid Mech., Vol. 630, pp. 413-442, (2009).

7. Booij, R., "Measurements and large eddy simulations of the flows in some curved flumes", J. Turbulence, Vol. 4, No. 1, pp. 8-16, (2003).

8. Dargahi, B., "Three-dimensional flow modelling and sediment transport in the river Klarälven", Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 29, No. 7, pp. 821- 852, (2004).

9. Kang, H., and Choi, S., "Reynolds stress modelling of rectangular open-channel flow", Intl. J. Num. Meth. Fluids, Vol. 51, No. 11, pp. 1319-1334, (2006).

10. Khosronejad, A., Rennie, C.D., Neyshabouri, S.A.A.S., and Townsend, R.D., "3D numerical modeling of flow and sediment transport in laboratory channel bends", J. Hydraulic Eng., Vol. 133, No. 10, pp. 1123-1134, (2007).

11. Fluent Inc., "FLUENT 6.3 User's Guide", Lebanon, New Hampshire, United States of America, (2006).

12. Van Rijn, L.C., "Sediment transport, part 1: bed load transport", J. Hydr. Eng., Vol. 110, No. 10, pp. 1431-1456, (1984).

13. Montazeri, M., and Hashemi, R., "3D numerical simulation of supercritical flow in bends of channel", International conference on mechanical Engineering, Dubai, (2012).