نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• محمد مسعود واسطی ¹
• علی اکبر اختری ²
• رضا تاری نژاد ³

¹ دانشجوی دکتری گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

² دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران.

³ استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

چکیده

امروزه استفاده از مدل‌های عددی به دلیل افزایش قابل توجه حجم حافظه و سرعت رایانه‌ها بسیار پرکاربرد شده است. رشد توان محاسباتی رایانه‌ها و به‌موازات آن توسعه چشمگیر مدل‌های عددی، به‌ویژه به دلیل کم‌هزینه بودن نسبت به مدل‌های آزمایشگاهی، نشان می‌دهد که در آینده استفاده از مدل‌های عددی و محاسبات نرم با گسترش بیشتری همراه خواهد بود. با این حال، مدل‌های عددی تجاری به‌شدت وابسته به شرایط مرزی و شرایط اولیه هستند و در صورت عدم درک صحیح فیزیک حاکم بر این شرایط، این امکان بی‌بدیل می‌تواند به نتایج نادرست و گمراه‌کننده منجر شود. در این تحقیق، یک مقایسه تحلیلی و عددی بین شرایط مرزی فشار ورودی و سرعت ورودی در شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ارائه شده است، با تمرکز بر پیامدهای عددی و فیزیکی بسیار بزرگ ناشی از یک انتخاب رایج اما نادرست در تعیین شرط مرزی ورودی. برای این منظور، مدل مقیاس 1/15 دریچه تخلیه‌کننده تحتانی سد دیارابا (واقع در سریلانکا) مورد استفاده قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها در محیط نرم‌افزار ANSYS Fluent، با استفاده از مدل آشفتگی استاندارد و مطابق با شرایط بهره‌برداری متناظر با بازشدگی 10 درصدی دریچه انجام شده است. سایز شبکه‌بندی دامنه محاسباتی با استفاده از تحلیل حساسیت و مطالعه استقلال مش تعیین شده و به‌منظور افزایش دقت در شبیه‌سازی رفتار واقعی جریان، از مدل دوفازی آب–هوا استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که در صورت اعمال شرط مرزی سرعت در ورودی، میدان سرعت و فشار مقادیر بسیار بالایی را در دامنه محاسباتی نشان می‌دهد، به‌گونه‌ای که اختلاف‌های مرتبه‌بزرگی نسبت به حالت فیزیکی واقعی ایجاد می‌شود. بررسی دبی جرمی جریان در میدان و مقایسه آن با دبی اندازه‌گیری‌شده در مدل آزمایشگاهی نشان می‌دهد که شرط مرزی فشار در ورودی بازنمایی فیزیکی مناسب‌تری از جریان ارائه می‌دهد، در حالی که شرط مرزی سرعت در ورودی، در این مدل خاص، منجر به نتایج غیرواقع‌بینانه و نادرست از دیدگاه مهندسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

• شرط مرزی سرعت
• شرط مرزی فشار
• دریچه تخلیه کننده تحتاتی
• دینامیک سیالات محاسباتی
• فلوئنت

موضوعات

• آب و سازه‌های هیدرولیکی