شبیه سازی هیدرولیکی تخلیۀ پساب شبکه‌های آبیاری و زهکشی با جت دایره‌ای کفی بر اثر تغییر زاویۀ عمودی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشگاه شهید چمران

3 سازمان آب و برق خوزستان

چکیده

یکی از دشواری­های پیش روی شبکه‌های آبیاری و زهکشی، تخلیۀ پساب زهکشی به منابع آب پذیرنده از جمله رودخانه‌هاست. به دلیل ایجاد اغتشاش در محیط پذیرنده، یکی از راه­های مؤثر و سریع برای رقیق­سازی جریان‌های دفعی، جت‌های مستغرق هستند. در تحقیق حاضر جت مستغرق در زاویه­های عمودی و غلظت‌های سیال متفاوت با استفاده از Flow-3D مدل‌سازی شد. برای این منظور، زاویه­های 30، 5/37، 45، 5/52 و 60 درجه و غلظت‌های 10، 20، 30 و 40 گرم بر لیتر با دبی‌های متفاوت در نظر گرفته شد. میدان مدلسازی شامل یک میلی­متر آزمایشگاهی به طول 7 متر، عرض 72 و ارتفاع 70 سانتی­متر بود. یک نازل به عنوان جت در بخش ابتدایی فلوم با قابلیت تغییر در زاویه و در کف آن تعبیه شد. برای کالیبراسیون و صحت‌سنجی مدلسازی‌ها از داده‌های اندازه‌گیری شده در تحقیقات احدیان و همکاران استفاده شد که از مدل فیزیکی آزمایشگاهی بهره­گیری کرده بودند. نتایج تحقیق نشان می­دهد که مدل تلاطمی k-e RNGبا خطای حدود 5/9 درصد در پیش‌بینی مشخصات جریان خروجی جت دقت قابل قبولی دارد. نتایج همچنین نشان می­دهد که با افزایش طول معیار (LM) ارتفاع اوج منحنی‌های خروجی کاهش می‌یابد. از نظر کمّی، نتایج نشان می‌‌دهد که اختلاف بین نسبت طولی نقطۀ اوج تراژکتوری در جت با زاویۀ 45 درجه برای اعداد فرود چگال مختلف در حدود 2 برابر بیشتر است تا با زاویه­های  30 و 60 درجه. نتایج مدل نشان می‌دهد که حداکثر و حداقل عدد رقیق‌شدگی در نقطه اوج به ترتیب برابر با 68/0 و 48/0 است که در برنامه‌ریزی عملکرد تخلیه‌کننده‌ها بسیار با اهمیت است در حالی که برای نقطۀ بازگشت (خط مرکزی منحنی خروجی جریان جت مربوط به حداکثر طول طی شده‌) حداکثر عدد رقیق‌شدگی برابر با 42/0 و حداقل آن برابر با 03/0 به دست می‌آید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Hydraulic Simulation of Sewage Discharge in an Irrigation and Drainage System by Changing the Vertical Angle of the Bottom Circular Buoyant Jet

چکیده [English]

Sewage discharged into an ambient water system such as a river or sea is a serious problem in irrigation and drainage networks. Concerns about pollution require decreasing the initial dilution for disposal of brine wastewater into ambient environments. A quick and effective way to dilute dense waste flow is turbulence from a submerged jet. The present research investigated use of a buoyant jet at different vertical angles and fluid injection rates on dilution. Flow-3D was used for modeling. Angles of 30°, 37.5°, 45°, 52.5° and 60° were considered at concentrations of 10, 20, 30 and 40 g/l and different jet injection discharges. The experimental data was then used for verification and validation. The results showed that the RNG k-e turbulence model with an error of about 9.5% had acceptable accuracy in the prediction of jet trajectory properties of injection flow. These results also showed that increasing the length (LM) decreased the peak height of the trajectory curve. The quantitative findings showed that the difference between the distance ratio of the peak trajectory at a 45° angle was twice that of the 30° and 60° angles at the different densimetric Froude numbers. The maximum and minimum dilution values at the peak trajectory were 0.68 and 0.48, respectively. At the peak for the return point, the maximum and minimum values were 0.42 and 0.03, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Circular Round Buoyant Jet
  • Densimetric Froude Number
  • Dilution Number
  • Mathematical Model

Ahadiyan, J. and Musavi-Jahromi, S. H. 2009. Effects of jet hydraulic properties on geometry of trajectory in circular buoyant jets in the static ambient flow. J. Appl. Sci. 9 (21): 3843-3849.

 

Ahadiyan, J., Mohhamadi, F. and Bahrami. H. 2014. Effect of vertical angle and hydraulic properties on flow distribution of single dense jet using physical model. J. Khoramshahr Marine Sci. Technol. 13(1): 51-60. (in Persian)

Anon. 2012. Flow-3D Documentation. Flow Science, Inc.

 

Batchelor, G. K. 1983. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press.

 

Besalduch, L. A., Badas, M. G., Ferrari, S. and Querzoli, G. 2014. On the near field behavior of inclined negatively buoyant jets. EPJ Conferences. Vol. 67. University of Cagliari. DICAAR (Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale e Architettura). Cagliari. Italy.

 

Chris, C. K. L. and Joseph, H.W. L. 2012. Mixing of inclined dense jets in stationary ambient. J. Hydro-Environ. Res. 6(1): 9-28.

 

Cipollina, A., Brucato, A., Grisafi, F. and Nicosia, S. 2005. Bench scale investigation of inclined dense jets. J. Hydraul. Eng.-ASCE. 131(11): 1017-1022.

 

Jirka, G. H. 2008. Improved discharge configurations for brine effluents from desalination plants. J. Hydrau. Eng.-ASCE. 134(1): 116-120.

 

Kheirkhah-Gildeh, H., Mohammadian, A., Nistor, I. and Qiblawey, H. 2015a. Numerical modeling of 30° and 45° inclined dense turbulent jets in stationary ambient. Environ. J. Fluid Mech. 15(3): 537-562.

 

Kheirkhah-Gildeh, H.Mohammadian, A.Nistor, I.Qiblawey, H. and Yan, X. 2015b. CFD modeling and analysis of the behavior of 30° and 45° inclined dense jets-new numerical insights. J. Appl. Water Eng. Res. 10.1080/23249676.2015.1090351, 1-16.

 

Mohammadi, F. 2012. Effect of buoyant jet condition on dilution and wastewater in the ambient flow using physical model. Ph. D. Thesis. Shahid Chamran University (SCU). Ahwaz. Iran. (in Persian)

 

Oliver, C. J., Davidson, M. J. and Nokes, R. I. 2013. Predicting the near-field mixing of desalination discharges in a stationary environment. Desalination, 30, 148-155.

 

Seo, I. W., Kwon, S. J. and Yeo, H. K. 2004. Merging characteristics of buoyant discharges fromrosette-type diffusers in shallow water. KSCE- J. Civil Eng. 8(6): 679-688.

 

Wang, Y., Huang, Y., Liu, J., Wang, H. and Liu, Q. 2013. Flow-field characteristics of high-temperature annular buoyant jets and their development laws influenced by ventilation system. Sci. World J. Article ID 826514.

 

Zeitoun, M. A., Mcilhenny, W. F. and Reid, R. O. 1969. Disposal of effluents from desalination plants. Chemical Engineering Progress Symposium, Series/Water. No. 6597. 156-166.

 

Zeitoun, M. A., Reid, R. O., Mchilhenny, W. F. and Mitchell, T. M. 1970. Model studies of outfall system for desalination plants. Research and Development Progress Report. 804. Office of Saline Water. U.S. Department of Interior. Washington, D. C.