%34تخفیف

دانلود پروژه:بررسی عددی تاثیر برخی مشخصات کانال مرکب و موانع گیاهی بر الگوی جریان

تعداد 142 صفحه فایل word قابل ویرایش

Site: www.filenaab.ir

مهندسي عمران- مهندسی آب

بررسی عددی تاثیر برخی مشخصات کانال­مرکب و موانع­گیاهی
بر الگوی جریان

چکیده

مهندسين رودخانه به دنبال راه‌حل‌هایي براي کاهش اثرات سيلاب هستند. بيش‌تر اين راه‌حل‌ها براي نگه‌داشتن جريان و اغلب به کمک احداث خاکريز، مطرح می­شود. ديدگاه غالب در کنترل سيلاب، تمرکز بر اثر کانال اصلي-سيلابدشت به جاي کانال اصلي منفرد است.

با وجود این­که در گذشته موانع گیاهی برای کاهش مقاومت در مقابل جریان و افزایش ظرفیت انتقال از مسیر جریان در سیلاب­دشت حذف می­گردید، امروزه به منظور بهبود کیفیت آب و افزایش پایداری آبراهه و همچنین تغییر الگوی جریان، نه تنها موانع گیاهی حذف نمی­شود بلکه گیاهان در مسیر جریان کاشته می­شوند. از اثرات اصلی موانع گیاهی در جریان یک کانال باز می‌توان به تغییرات خصوصیاتی نسبت به حالت بدون وجود این موانع ‌گیاهی، همچون توزیع افقی و عمودی سرعت متوسط و لحظه‌ای، مقدار آشفتگی و تنش‌های رینولدز و انتقال رسوب و املاح اشاره نمود.

لذا در تحقیق حاضر به کمک نرم افزار فلوئنت و همچنین روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ به بررسی الگوی جریان در کانال مرکب همراه با مانع گیاهی پرداخته شده‌است. اثر عواملی همچون قطر موانع گیاهی، شیب مرز مشترک بین کانال اصلی و سیلاب­دشت، عمق نسبی بین کانال اصلی و سیلاب­دشت، دو نوع چینش شطرنجی و ردیفی موانع گیاهی در سیلاب­دشت و اثر موانع گیاهی مستغرق بر جریان متوسط و جریان لحظه­ای مورد مطالعه قرار گرفت.

نتایج نشان داد که نرم افزار فلوئنت و روش شبیه­سازی LES به خوبی قادر به پیش بینی جریان لحظه­ای و متوسط می­باشند. با افزایش قطر موانع گیاهی در محدوده مانع گیاهی، سرعت کاهش پیدا می­کند. با کاهش عمق نسبی، همانند حالت پر تراکم اختلاف سرعت جریان بین کانال اصلی و سیلاب­دشت تشدید می­شود. جریان­های ثانویه به­خوبی توزیع سرعت طولی و تنش برشی کف را پیش­بینی می­کنند.

با افزایش قطر موانع گیاهی تنش برشی کف در محدوده مانع گیاهی کاهش پیدا می­کند. همچنین انتقال مونتوم جانبی بین کانال اصلی و سیلاب­دشت با کاهش عمق نسبی کاهش می­یابد. همچنین مشاهده می­شود که مدل LES به خوبی ساختار لحظه­ای جریان و آشفتگی را می­تواند مدل کند و این ساختار لحظه­ای جریان، تفاوت چشمگیری را با مقدار متوسط گیری شده نشان می­دهد.

کلمات کلیدی: کانال مرکب، موانع گیاهی، سیلاب­دشت، الگوی جریان، آشفتگی، LES

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فهرست جدول­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..د

فهرست شکل­ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….ه

فصل 1 – مقدمه. 1

1-1 اهمیت بررسی مسائل مرتبط با سیل.. 1

1-1-1 مقدمه    1

1-1-2 سیل در ایران.. 2

1-1-3 استراتژی ایجاد فضا برای آب.. 3

1-2 اثر کلي سيلاب‌دشت و موانع گیاهی بر الگوی جریان.. 4

1-3 اهداف تحقيق.. 6

1-4 محدوديتهاي تحقيق.. 6

1-5 ساختار پايان‌نامه. 7

فصل 2 – مرور منابع و بیان جنبههای نوآوری تحقیق.. 9

2-1 مقدمه  9

2-2 سرعت میانگین.. 9

2-3 جریان‌های ثانویه. 19

2-4 تنش برشی مرزی.. 26

2-5 خصوصیات آشفتگی.. 32

2-5-1 شدت آشفتگی.. 32

2-5-2 انرژی جنبشی آشفتگی.. 35

2-5-3 تنش برشی رینولدز و تنش ظاهری.. 36

2-6 جمع‌بندی کارهای گذشته و لزوم انجام تحقیق حاضر. 42

فصل 3 – مبانی تئوری و روش حل معادلات حاکم.. 45

3-1 مقدمه  45

3-2 مدل شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ… 46

3-2-1 متوسط مکانی با استفاده از فیلتر. 48

3-2-2 معادلات حاکم. 50

3-2-3 مدل‌هاي مقياس زيرشبکه. 53

3-3 لایه‌ی برشی.. 56

3-3-1 مقدمه    56

3-3-2 لايه برشي آزاد. 56

3-4 تحلیل چهارگانه مطالعه آشفتگی.. 58

3-4-1 مقدمه    58

3-4-2 تحلیل چهارگانه. 58

3-5 نرم افزار فلوئنت… 61

3-5-1 مقدمه     61

3-5-2 شبکه‌بندی میدان حل.. 62

3-5-3 شرايط مرزي ورودي براي مدل LES.. 64

فصل 4 – بررسی تاثیر مشخصات کانالمرکب و موانع گیاهی بر الگوی جریان.. 69

4-1 مقدمه  69

4-2 صحت سنجی‌ 69

4-2-1 مقدمه    69

4-2-2 شبیه‌سازی یک مانع به تنهایی.. 70

4-2-3 شبیه‌سازی پیرامون چندین مانع استوانه‌ای.. 72

4-2-4 شبیه‌سازی کانال مرکب… 73

4-2-5 شبیه‌سازی کانال مرکب همراه با مانع گیاهی.. 77

4-3 بررسی اثر قطر موانع گیاهی.. 79

4-3-1 توزیع سرعت… 80

4-3-2 جریان‌های ثانویه. 84

4-3-3 تنش برشی مرزی.. 85

4-3-4 آشفتگی  86

4-4 بررسی اثر شیب مرز مشترک… 94

4-4-1 توزیع سرعت… 94

4-4-2 جریان‌های ثانویه. 97

4-4-3 آشفتگی  98

4-5 بررسی اثر عمق نسبی.. 102

4-5-1 توزیع سرعت… 102

4-5-2 جریان‌های ثانویه. 105

4-5-3 تنش برشی مرزی.. 106

4-5-4 آشفتگی  106

4-6 بررسی اثر نحوه چینش موانع گیاهی.. 109

4-6-1 توزیع سرعت… 109

4-6-2 جریان‌های ثانویه. 113

4-6-3 آشفتگی  114

4-7 بررسی مانع گیاهی مستغرق.. 117

4-7-1 توزیع سرعت… 117

4-7-2 جریان‌های ثانویه. 118

4-7-3 آشفتگی  119

فصل 5 – جمع‌بندي و ارائه پيشنهادات… 123

5-1 جمع بندی.. 123

5-2 پیشنهادات برای ادامه کار 125

فهرست جدول­ها

عنوان

صفحه

جدول ‏1‑1 جدول خسارات ناشی از سیل در ایران (مشایخی، 1380) 3

جدول ‏3‑1 : تعریف جهت و نوع ساختار آشفتگی در کانال مرکب (چوی و جوانگ، 2008) 60

جدول ‏4‑1  مشخصات هیدرولیکی آزمایش مانع به تنهایی (رولاند، 2005) 70

جدول ‏4‑2 مشخصات هیدرولیکی میدان حل ( لین و همکارانش، 2008) 72

جدول ‏4‑3 مشخصات هيدروليکي ميدان حل.. 74

جدول ‏4‑4 خصوصیات هیدرولیکی آزمایشات انجام شده (سان و شیونو، 2009) 76

جدول ‏4‑5 مشخصات هندسي و هيدروليکي ميدان جریان (سانجو و نزو، 2010) 78

جدول ‏4‑6 مشخصات کلی موانع گیاهی.. 80

جدول ‏4‑7 مقایسه سرعت میانگین و حداکثر سرعت در راستاهای مختلف برای ……………… 81

جدول ‏4‑8 تحلیل چهارگانه برای نقطهای در محل مابین دو مانع گیاهی و به فاصله 1 سانتیمتر از کف سیلابدشت… 92

جدول ‏4‑9 مقایسه سرعت میانگین و حداکثر سرعت در راستاهای مختلف برای ……………… 96

جدول ‏4‑10 مقایسه سرعت میانگین و حداکثر سرعت در راستاهای مختلف برای ……………… 104

جدول ‏4‑11 مقایسه سرعت میانگین و حداکثر سرعت در راستاهای مختلف برای ……………… 110

 

فهرست شکل­ها

عنوان

صفحه

شکل ‏1‑1 تعداد دفعات وقوع سیل در ایران (مشایخی، 1380) 2

شکل ‏2‑1  منحنیهای هم سرعت در کانال باز برای نسبت‌های عرض به عمق متفاوت ( ناوت و رودی، 1982) 10

شکل ‏2‑2 توزیع خطوط هم سرعت طولی در کانال مرکب مستقیم (تامیناگا و نزو، 1991) 11

شکل ‏2‑3‌ توزیع خطوط هم سرعت طولی برای  (تومیناگا و نزو، 1991) 13

شکل ‏2‑4 توزیع سرعت میانگین طولی برای حالت همراه با مانع گیاهی   (کانگ وچوی، 2006) 14

شکل ‏2‑5 توزیع سرعت طولی برای عمق نسبی‌های مختلف (سان و شیونو، 2009) 15

شکل ‏2‑6 مقایسه داده‌های تجربی و رابطه به دست آمده برای توزیع سرعت متوسط گیری شده در عمق (تانگ و نایت، 2009) 17

شکل ‏2‑7 توزیع سرعت متوسط‌گیری شده در عمق (سان و شیونو، 2009) 18

شکل ‏2‑8 توزیع سرعت متوسط گیری شده در عمق (سانجو و نزو، 2010) 19

شکل ‏2‑9 نمایی از جریان‌های ثانویه در کانال مرکب مستطیلی و ذوذنفه‌ای  (شیونو و نایت، 1989) 21

شکل ‏2‑10 الگوی جریان های ثانویه درکانال مرکب مستقیم (تامیناگا و نزو، 1991) 23

شکل ‏2‑11 توزیع سرعت میانگین طولی و جریان ثانویه در کانال مرکب بدون مانع گیاهی (سانجو و نزو، 2010) 25

شکل ‏2‑12 توزیع سرعت میانگین طولی و جریان ثانویه در کانال مرکب همراه با مانع گیاهی (سانجو و نزو، 2010) 26

شکل ‏2‑13 توزیع تنش برشی دیوار و تنش برشی کف در کانال مستقیم ( نایت و همکاران، 1994) 27

شکل ‏2‑14 توزیع تنش برشی مرزی در کانال مرکب ذوذنقه ای تحت عمق های نسبی متفاوت (یاون، 1989) 27

شکل ‏2‑15  توزیع تنش برشی بستر در کانال مرکب (تامیناگا و نزو، 1991) 30

شکل ‏2‑16 توزیع تنش برشی کف برای کانال مرکب همراه با مانع گیاهی با تراکم‌های مختلف  (کانگ و چوی، 2006) 30

شکل ‏2‑17 مقایسه مقدار  (سان و شیونو، 2009) 31

شکل ‏2‑18 توزیع تنش برشی کف در حالت بدون مانع گیاهی و همراه با مانع گیاهی برای تراکم های مختلف (سانجو و همکاران، 2010) 32

شکل ‏2‑19 مقایسه شدت آشفتگی در حالت حضور و عدم حضور مانع گیاهی (کوی و نیری، 2008) 34

شکل ‏2‑20 توزیع قائم شدت آشفتگی در سه راستای مختصاتی برای انواع مختلف از مانع گیاهی (یانگ و همکاران، 2007) 35

شکل ‏2‑21 توزیع  در کانال مرکب بدون مانع گیاهی (تامیناگا و نزو، 1991) 36

شکل ‏2‑22 اثر موانع گیاهی بر توزیع انرژی جنبشی آشفتگی   (کانگ و چوی، 2006) 36

شکل ‏2‑23 توزیع تنش‌های رینولدز بی بعد شده در راستای مختلف (تامیناگا و نزو، 1991) 38

شکل ‏2‑24 مقایسه تنش رینولدز در حالت وجود و عدم وجود مانع گیاهی (کوی و نیری، 2008) 38

شکل ‏2‑25 توزیع تنش‌های رینولدز  (سانجو و همکاران، 2010) 39

شکل ‏2‑26 بردار توزیع سرعت لحظه‌ای  و همچنین تنش رینولدز  در کانال مستقیم ساده همراه با مانع گیاهی (سانجو و نزو، 2008) 39

شکل ‏2‑27 توزیع T، J و T-J در کانال مرکب (کانگ و چوی، 2006) 41

شکل ‏2‑28 توزیع طولی از انتقال مومنتوم جانبی در ارتفاع z=6 cm (جاهارا و یاماموتو، 2010) 42

شکل ‏3‑1 مقایسه نمادین روش‌های مهم عددی در شبیه سازی جریان آشفته (حیدری نژاد، 2009) 46

شکل ‏3‑2 توزیع فیلتر جعبه ای با مشخصه  (حیدری نژاد، 2009) 49

شکل ‏3‑3 توزیع گوسی با مشخصه (حیدری نژاد، 2009) 49

شکل ‏3‑4 فیلتر کردن تابع u با دو مقدار متفاوت (حیدری نژاد، 2009) 50

شکل ‏3‑5 لايه برشي آزاد ناشي از تلاقي دو جريان موازي با گراديان عرضي مولفه طولي سرعت… 57

شکل ‏3‑6 دسته بندی پدیده های انفجار آشفتگی در تحلیل چهارگانه. 59

شکل ‏3‑7 نام گذاری تحلیل چهارگانه (چوی و جوانگ،2008) 60

شکل ‏3‑8 تحلیل چهارگانه در مرکز گردابه ای واقع در مرز مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت  (چوی و جوانگ، 2008) 61

شکل ‏3‑9 نمایی از شبکه بندی پیرامون مانع گیاهی و همچنین در کنار دیواره‌ها 62

شکل ‏4‑1 مقایسه توزیع سرعت در اطراف مانع در ارتفاع z=10,20 cm از بستر (دانش پژوه، 2012) 71

شکل ‏4‑2 مقایسه سرعت طولی و عرضی به دست آمده از آزمایشات، شبیه سازی LES لین و همچنین شبیه سازی LES (دانش‌پژوه، 2012) 73

شکل ‏4‑3 تصوير شماتيک سطح مقطع کانال مرکب… 74

شکل ‏4‑4 حساسیت سنجی حل عددی نسبت به شبکه بندی میدان، مقایسه پروفیل سرعت بی بعد میانه کانال اصلی و سیلاب‌دشت با نتایج آزمایشگاهی (دانش ‌پژوه 2012) 75

شکل ‏4‑5 منحنیهای همسرعت متوسط طولی و توزیع تنش برشی بستر در مقطع x=0/3 m  (دانشپژوه، 2012) 75

شکل ‏4‑6 تصویر شماتیک از مقطع عرضی کانال مرکب (سان و شیونو، 2009) 76

شکل ‏4‑7 مقایسه توزیع سرعت طولی در مقطع کانال مرکب بین مدل سان و شیونو (2009) و روش LES.. 77

شکل ‏4‑8- مشخصات هندسي فلوم آزمايشگاهي (سانجو و نزو، 2010) 78

شکل ‏4‑9- مقايسه سرعت متوسط در عمق براي مدل LES ، روش SKM و داده هاي آزمايشگاهي.. 79

شکل ‏4‑10 نمای شماتیک از تغییر قطر موانع گیاهی.. 79

شکل ‏4‑11 سرعت میانگین طولی در مقطع جریان برای  و قطرهای متفاوت.. 80

شکل ‏4‑12 توزیع سرعت متوسط میان‌گیری شده در عمق برای  و قطرهای متفاوت.. 82

شکل ‏4‑13 توزیع عمودی سرعت برای نقاط مشخص در و برای قطرهای متفاوت.. 83

شکل ‏4‑14 توزیع جریان‌های ثانویه در برای قطرهای متفاوت.. 84

شکل ‏4‑15 توزیع تنش برشی کف در مقطع برای قطرهای متفاوت.. 86

شکل ‏4‑16 توزیع شدت آشفتگی در  برای قطرهای متفاوت.. 87

شکل ‏4‑17 توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در  برای قطرهای متفاوت.. 88

شکل ‏4‑18 توزیع تنش رینولدز  در  برای قطرهای متفاوت.. 88

شکل ‏4‑19 توزیع تنش برشی ظاهری در برای دو قطر متفاوت.. 89

شکل ‏4‑20 توزیع پارامتر  در  برای قطرهای متفاوت.. 90

شکل ‏4‑21 توزیع لحظهای سرعت در ارتفاع 1cm کف کانال مرکب همراه با مانع به قطر 1cm… 91

شکل ‏4‑22 نمای شماتیک از محدوده ی مرز مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت با شیب های مختلف… 94

شکل ‏4‑23 توزیع سرعت میانگین ‌طولی برای  و با شیب های مختلف… 95

شکل ‏4‑24 توزیع سرعت متوسط میان‌گیری شده در عمق برای  و با شیب های مختلف… 96

شکل ‏4‑25 توزیع جریان‌های ثانویه در  برای شیب های متفاوت.. 98

شکل ‏4‑26 توزیع شدت آشفتگی در  برای شیب های متفاوت.. 99

شکل ‏4‑27 توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در برای شیب های متفاوت.. 99

شکل ‏4‑28 توزیع تنش رینولدز   در  برای شیب های متفاوت.. 100

شکل ‏4‑29 توزیع مولفه x جریان چرخشی یعنی ……. 101

شکل ‏4‑30 نمای شماتیک از کانال مرکب با عمق نسبی‌های مختلف… 102

شکل ‏4‑31 توزیع سرعت میانگین ‌طولی برای  و عمق نسبی های متفاوت.. 103

شکل ‏4‑32 توزیع سرعت متوسط میان‌گیری شده در عمق برای  و عمق نسبی متفاوت.. 105

شکل ‏4‑33 توزیع جریان‌های ثانویه در  برای عمق نسبی های متفاوت.. 105

شکل ‏4‑34 توزیع تنش برشی کف در مقطع  برای عمق نسبی های متفاوت.. 106

شکل ‏4‑35  توزیع شدت آشفتگی در  برای دو عمق نسبی متفاوت.. 107

شکل ‏4‑36 توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در ، برای دو عمق نسبی متفاوت.. 107

شکل ‏4‑37 توزیع تنش برشی ظاهری در برای دو عمق نسبی متفاوت.. 108

شکل ‏4‑38 نمای شماتیک از چیدمان موانع گیاهی.. 109

شکل ‏4‑39 توزیع سرعت میانگین ‌طولی برای  و دو چینش متفاوت.. 110

شکل ‏4‑40 توزیع سرعت متوسط میان‌گیری شده در عمق برای  و دو چینش متفاوت.. 111

شکل ‏4‑41 توزیع سرعت میانگینو سرعت لحظه‌ای در زمان 60s در  پیرامون موانع گیاهی.. 112

شکل ‏4‑42 توزیع جریان‌های ثانویه در  برای دو چینش متفاوت موانع گیاهی.. 113

شکل ‏4‑43 توزیع شدت آشفتگی در  برای دو چینش متفاوت.. 114

شکل ‏4‑44 توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در  برای دو چینش متفاوت.. 115

شکل ‏4‑45 توزیع تنش های رینولدز  در  برای دو چینش متفاوت.. 115

شکل ‏4‑46 توزیع تنش برشی ظاهری در برای دو چینش متفاوت.. 116

شکل ‏4‑47  توزیع پارامتر  در  برای دو چینش متفاوت.. 117

شکل ‏4‑48 توزیع سرعت میانگین ‌طولی برای . کانال مرکب همراه با مانع گیاهی مستغرق.. 118

شکل ‏4‑49 توزیع سرعت متوسط میان‌گیری شده در عمق برای  در حالت مانع مستغرق.. 118

شکل ‏4‑50 توزیع جریان‌های ثانویه در  در حالت مانع مستغرق.. 119

شکل ‏4‑51 توزیع شدت آشفتگی در  در حالت مانع مستغرق.. 119

شکل ‏4‑52 توزیع انرژی جنبشی آشفتگی در  در حالت مانع مستغرق.. 119

شکل ‏4‑53 توزیع تنش های رینولدز  و سرعت لحظه ای (u,w) برای دولحظه زمانی با فاصله مشخص…. 120

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo