دانلود پایان نامه

اولیه کانال را انتخاب میکنند که در این تحقیق، قبل از ورود جریان، کانال تا قبل از سازه و تا لبه تاج سرریز از سیال مورد‌نظر در نظر گرفته شد.

۳-۴-۴-۶ زمان اجرای مدل
نکته دیگری که در شبیهسازیهای عددی بسیار مهم است، زمان اجرای مدل تا رسیدن به یک مقدار مناسب از لحاظ پایداری و ماندگاری جریان است. بنابراین در کلیه آزمایشات شبیهسازی شده، زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان بین ۳۰-۱۵ ثانیه و برای شبیهسازی آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی بین ۵۰۰۰ – ۴۰۰۰ ثانیه در نظر گرفته شد، که با سپری شدن این مدت زمان، جریان در کانال به صورت یکنواخت میشود.

شکل ۳-۱۴ نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی هیدرولیک جریان

شکل ۳-۱۵ نمودار تغییرات زمانی حجم سیال در مدلسازی حفره آبشستگی

فصل چهارم
نتایج و بحث

۴-۱ مقدمه
در این بخش، به مقایسه نتایج حاصل از شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز – دریچه با دادههای آزمایشگاهی مربوط به آن پرداخته شده و توانایی نرمافزار Flow3D در شبیهسازی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست سازه ارزیابی میشود.
این فصل شامل دو بخش هیدرولیک جریان و آبشستگی میباشد که در هر بخش، ابتدا نتایج کالیبراسیون نرمافزار با دادههای آزمایشگاهی ارائه میشود و سپس نرمافزار برای شرایط هندسی و هیدرولیکی دیگر مورد ارزیابی و آزمون قرار می‌گیرد.

۴-۲ شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب
۴-۲-۱ واسنجی نرمافزار
در مرحله اول شبیهسازی، واسنجی نرمافزار با استفاده از دادههای آزمایشگاهی انجام میشود. جهت واسنجی نرمافزار در شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی، از شبکه‌بندیهای مختلف و مدلهای مختلف آشفتگی استفاده شد. طی شبیهسازیهای انجام شده، نتیجه شد که هر چه شبکهبندی میدان حل یکنواختتر باشد، نتایج شبیهسازی عددی پروفیل سطح آب به دادههای آزمایشگاهی آن نزدیکتر است (شکل ۴-۱). به همین دلیل، شبکهبندی جریان جهت مدلسازی هیدرولیک جریان به صورت یکنواخت انجام شد. همچنین هر چه اندازه سلولهای شبکهبندی میدان حل ریزتر در نظر گرفته شد، تطابق نتایج نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی بهتر شد. علاوه بر این، چون در آزمایشات انجام شده، بازشدگی دریچه مقدار کمی داشته و بایستی سلولی در شبکهبندی میدان جریان در راستای عمقی (Z) بازشدگی وجود داشته باشد، بنابراین شبکهبندی جریان با ابعاد ریز و برابر با ۵×۵×۵ میلیمتر و تعداد کل مش برای هر مدلسازی تقریباً ۱۶۲۰۰۰ سلول در نظر گرفته شد. زمان اجرای مدل برای شبیهسازی هیدرولیک جریان، بین ۳۰ – ۱۵ ثانیه انتخاب شد.

شکل ۴- ۱ مقایسه نتایج پروفیل سطح آب برای شبکهبندیهای مختلف میدان جریان با داده آزمایشگاهی
(بازشدگی ۷۵/۰ سانتیمتر و دبی ۲۳/۲ لیتر بر ثانیه)
همچنین به منظور انتخاب بهترین مدل تلاطمی (به عنوان واسنجی نرمافزار)، به مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از دو مدل آشفتگی RNG k-ε و k-ε پرداخته شد.

شکل ۴- ۲ مقایسه پروفیل سطح آب در دو مدل تلاطمی k-ε RNG و k-ε و دادههای آزمایشگاهی
(دبی ۲۳/۲ لیتر بر ثانیه و بازشدگی ۲۵/۱، ۱، ۷۵/۰ و ۵/۰ سانتیمتر)

نتایج بدست آمده از منحنیهای ارائه شده در شکل(۴-۲) نشان می‌دهد که مدلهای تلاطمیRNGk-ε و k-ε در نمایش پروفیل سطح آب نتایج تقریباً برابری دارند و تفاوت ناچیزی بین آنها وجود دارد. لیکن مدلهای بر پایه RNG k-ε، کمتر بر ارقام ثابت تجربی تکیه میکنند. همچنین مدل RNG k-ε از معادلههایی استفاده میکند که شبیه معادلههای مدل آشفتگی k-ε است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-εیافت شدهاند، صریحاً از مدل RNG k-ε گرفته شدهاند. از اینرو مدل RNGk-ε قابلیت اجرایی گستردهتری نسبت به مدل استاندارد k-εدارد. بویژه مدل RNG k-ε برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. بنابراین برای مدلسازی هیدرولیک جریان در این تحقیق از مدل RNG k-ε استفاده شد.

۴-۲-۱-۱ ارزیابی نرمافزار
به منظور ارزیابی نرمافزار، مدلسازیهایی با بازشدگیهای ۲۵/۱، ۱، ۷۵/۰ و ۵/۰ سانتیمتر برای دبی ورودی ۶۴/۲ لیتر بر ثانیه انجام شد و سپس به مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از مدل آشفتگی RNG k-ε و دادههای آزمایشگاهی پرداخته شد. نتایج در شکل (۴-۳) ارائه شده است.
همچنین برای ارزیابی دقت مدل RNG k-ε در تمامی مدلسازیهای انجام شده، عمق جریان در دو مقطع بالادست و روی سازه ترکیبی با دادههای آزمایشگاهی در شکل (۴-۴) مقایسه شد.

شکل ۴-۳ مقایسه پروفیل سطح آب در مدل تلاطمی k-ε RNG با دادههای آزمایشگاهی
(بازشدگی ۲۵/۱، ۱، ۷۵/۰ و ۵/۰ سانتیمتر و دبی ۶۴/۲ لیتر بر ثانیه)

شکل ۴- ۴ ارزیابی دقت مدل RNG k-ε برای عمق جریان در بالادست و روی سازه ترکیبی سرریز- دریچه

با توجه به منحنیهای نمایش داده شده، نتیجه شد که نتایج حاصل از نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی دارای انطباق خوبی بوده و مدل RNG k-ɛ مدلی مناسب برای شبیهسازی الگوی جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز- دریچه است.
به منظور تعیین مقادیر دبی عبوری از بالا و پایین سازه از پروفیل سرعت محاسبه شده در زیر دریچه و روی تاج سازه ترکیبی استفاده شده و مقادیر دبی متناظر آنها از انتگرالگیری پروفیل سرعت محاسبه شد. به همین منظور، ابتدا بر اساس پارامترهای مؤثر در جریان عبوری از سازه ترکیبی که عبارتند از بازشدگی W، طول سازه T، هد روی سازه Hd و عمق بالادست سازه H1 و استفاده از پارامترهای بی بعد حاصل از آن، چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد با نسبت دبیهای عبوری از روی سرریز به عبوری از زیر دریچه (Q_s/Q_g ) با ارائه منحنی بررسی شد و برای تعیین نسبت دبیها، معادلهای ارائه شد.

شکل ۴-۵ نمایش چگونگی رابطه پارامترهای بیبعد مؤثر بر جریان عبوری از سازه ترکیبی با نسبت
دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه (Q_s/Q_g )

در نهایت بر اساس پارامترهای بیبعد Fr،H1/W و Hd/T معادلهای برای محاسبه نسبت Q_s/Q_g ارائه شد. منحنیهای مربوط به رابطه نسبت Q_s/Q_g با پارامترهای بیبعد Fr ،H1/W و Hd/T در شکل (۴-۵)، روند صعودی داشته در حالی که با افزایش مقدار این پارامترهای بیبعد، نسبت دبیهای عبوری از بالا به پایین سازه افزایش مییابد اما روند صعودی مربوط به عدد فرود ناچیز است.
با انجام برازش منحنی بر داده‌های محاسباتی، رابطه (۴-۱) به منظور برآورد نسبت Q_s/Q_g ارائه شده است. مقادیر آمارهای خطا با بهکارگیری این رابطه به صورت جدول (۴-۱) می‌باشد.

(۴- ۱)

جدول ۴-۱ نتایج آمارهای خطا مربوط به فرمول (۴- ۱)
جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)
نسبت همبستگی (R^2)
میانگین نسبتها
انحراف معیار نسبتها
۰۹۹۴/۰
۹۹۲۴۳۵/۰
۰۱۱۱/۱
۰۶۱۲۴/۰

برای آزمون رابطه پیشنهادی، نسبت دبیهای عبوری از روی سرریز و زی

دسته‌ها: No category

پاسخی بگذارید