مد‌لسازی فیزیکی و عددی هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلاب‌دشت‌های غیرمنشوری و زبر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی دانشگاه لرستان

2 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه لرستان

3 دانشگاه لرستان

چکیده

در مقاطع مرکب، به ­دلیل تفاوت سرعت جریان در کانال اصلی و کرانۀ سیلابی، تنش برشی ظاهری در داخل لایه‌های سیال به­ وجود می‌آید که باعث انتقال جرم و مومنتوم می‌شود. در مقاطع مرکب با سیلاب‌دشت‌های واگرا، تغییرات هندسۀ سیلاب‌دشت‌ها منجر به تبادل مومنتوم اضافی و تبادل آشفتگی بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت می­ شود و بر هیدرولیک جریان اثر محسوس می‌گذارد. در تحقیق حاضر سعی شده است با مدلسازی فیزیکی و عددی، هیدرولیک جریان در مقاطع مرکب با سیلاب‌دشت‌های واگرا و زبر بررسی شود. در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تهران، مدلسازی عددی با استفاده از مدل سه­ بعدی Flow 3D صورت گرفته است. نتایج بررسی­ ها نشان می ­دهد که زبری سیلاب‌دشت‌ها بر مشخصه‌های جریان (مانند توزیع سرعت و گرادیان تنش بررشی) تأثیری چشمگیر دارد. مقایسۀ نتایج عددی با مدل آزمایشگاهی نشان می ­دهد که مدل Flow 3D با به­ کارگیری مدل آشفتگی گروه‌های نرمال شده رینولدز (RNG) دارای دقت مناسبی در شبیه‌سازی جریان در این گونه مقاطع است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Physical and Numerical Modeling of Flow in Heterogeneous Roughness Non-Prismatic Compound Open Channel

نویسندگان [English]

  • Shadi Najafyan 1
  • Hojjatallah Yonesi 2
  • Abbas Parsai 3
  • Hassan Torabi-Poude 2
چکیده [English]

Differences in the flow properties in the main channel and flood plains causes, mass and momentum tensions between the both sections. The non-prismatic compound open channel cross section intensifies the mass and momentum transferring between the main channel and floodplains and has significant effect on the flow properties through the compound open channel. In this study the flow properties in the heterogeneous Roughness Non-Prismatic Compound Open Channel was assessed using the numerical and physical modeling. The physical modeling was conducted in the hydraulic laboratory center of Tehran University and numerical modeling was carried out using the Flow-3D as famous computation fluid dynamic tool (CFD).The results indicates that the Flow-3D is an effective tool for modeling the flow in the heterogeneous roughness non-prismatic compound open channel. During the CFD modeling it was found that the RNG turbulence model is more precise for simulation and modeling the flow properties. The results show that the heterogeneous roughness has significant effect on the flow characteristics such as velocity distribution and share stress gradient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boundary Share Stress
  • Compound Open Channel
  • Floodplain
  • Mass and Momentum Transferring
  • Velocity Distribution

Bousmar, D. and Zech, Y. 2004. Velocity distribution in non-prismatic compound channels. Water Manage. 157(WM2): 99-108.

 

Bousmar, D., Proust, S. and Zech, Y. 2006. Experiments on the flow in a enlarging compound channel. Proceedings of the International Conference on Fluvial Hydraulics. Sep. 6-8. Lisbon. Portugal.

 

Dehdar-Behbahani, S. and Parsaie, A. 2016. Numerical modeling of flow pattern in dam spillway’s guide wall. Case study: Balaroud dam. Iran. Alexandria Eng. J. 55, 467-473.

 

Hirt, C. W. and Nichols, B. D. 1981. Volume of Fluid (VOF) method for the dynamics of freeboundaries. J. Comput. Phys. 39, 201-225.

 

Knight, D. W. and Demetriou, J. D. 1983. Flood plain and main channel flow interaction. J. Hydraul. Eng. ASCE. 109(8): 1073-1092.

 

Knight, D. W. and Hamed, M. E. 1984. Boundary shear in symmetrical compound channels. J. Hydraul. Eng. ASCE. 110(10): 1412-1429.

 

Mohanta, A., Khatua, K. K. and Patra, K. C. 2015. Flow modeling in symmetrically narrowing flood plains. Aquatic Procedia. 4, 826-833.

 

Naik, B., Khatua, K., Sahoo, R. and Satapathy, S. S. 2014. Flow analysis for a converging compound channel. Int. J. Appl. Eng. Res. 9(2): 133-138.

 

Othman, F. and Valentine, E. M. 2006. Numerical modelling of the velocity distribution in a compound channel. J. Hydrol. Hydromech. 54(3): 269-279.

 

Parsaie, A. 2016. Analyzing the distribution of momentum and energy coefficients in compound open channel. Modeling Earth Sys. Environ. 2, 1-5.

 

Parsaie, A., Haghiabi, A. H. and Moradinejad, A. 2015. CFD modeling of flow pattern in spillway’s approach channel. Sustain. Water Resour. Manage. 1, 245-251.

 

Proust, S., Bousmar, D., Rivière, N., Paquier, A. and Zech, Y. 2010. Energy losses in compound open channels. Adv. Water Resour. 33, 1-16.

 

Rezaei, B. and Knight, D. W. 2009. Application of the Shiono and Knight Method in compound channels with non-prismatic floodplains. J. Hydraul. Res. 47(6): 716-726.

 

Rezaei, B. and Knight, D. W. 2011. Overbank Flow in compound channels with non-prismatic floodplains. J. Hydraul. Eng. 137(8): 815-824.

 

Sellin, R. H. J. 1964. A laboratory investigation into the interaction between the flow in the channel of a river and that over its flood plain. La Houille Blanche. 7, 793-802.

 

Shiono, K. and Knight, D. W. 1991. Turbulent open-channel flows with variable depth across the channel. J. Fluid Mech. 222, 617-646.

 

Yang, K., Cao, S. and Knight, D. W. 2007. Flow patterns in compound channels with vegetated floodplains. J. Hydraul. Eng. 133(2): 148-159.