شبیه سازی عددی جریان در نواحی مرده مستطیلی کانال آبیاری با استفاده از مدل STAR-CCM+

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران،

2 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران

3 دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

اهمیت مطالعۀ ناحیۀ مردۀ کناری از آنجا مشخص می‌شود که هنوز تاثیر آن بر مشخصات آشفتگی جریان به طور کامل شناخته شده نیست. تعداد این نواحی، نحوۀ قرار گرفتنشان نسبت به هم و نیز ابعاد هریک به تنهایی می‌تواند تاثیر متفاوتی بر الگوی جریان داشته باشد. در پژوهش حاضر تلاش شد تا کارایی نرم‌افزارSTAR-CCM+ در مدل‌سازی جریان در حضور مجموعه‌ای از نواحی مرده به صورت سه بعدی بررسی شود. به همین منظور از نتایج مدل آزمایشگاهی موجود استفاده گردید. واسنجی STAR-CCM+ برای تعیین بهترین نوع مدل آشفتگی انجام گرفت و سپس برای صحت سنجی از سرعت لحظه‌ای اندازه‌گیری شده در جهت عرض کانال، استفاده شد. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که شتاب گرفتن جریان در کانال اصلی باعث جدایی بیشتر جریان و افزایش گرادیان سرعت در نزدیکی گوشه‌های بالادست ناحیۀ مرده می‌شود. سرعت متوسط جریان با ورود به نواحی مرده کمتر خواهد شد و ناحیۀ کم سرعت به‌صورت ناحیه‌ای چرخشی ظاهر می‌شود. بررسی الگوهای جریان در شبیه-سازی گردابه‌های ایجاد شدۀ ناشی از این سازه‌ها نشان می‌دهد که مدل دو‌ناحیه‌ای RANS کارایی بیشتری نسبت به مدل تک ناحیه‌ای RANS می‌تواند داشته باشد. اما در مجموع مدل LES بیشترین کارایی را در شبیه‌سازی جریان از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of rectangular dead zones flow in an irrigation channel using STAR-CCM + model

نویسنده [English]

  • farzaneh ghaemizadeh 3
چکیده [English]

Lateral dead zone Studies are very important because the flow turbulence specifications in this situation are not fully known yet. Also in a series of lateral dead zones, their placement,  number and size have different effect on the flow pattern. In this study, an attempt was made to determine the ability of STAR-CCM + in three-dimensional simulating of flow in series of rectangular ateral dead zone. For this purpose, the results of an experimental model  was used. STAR-CCM+ was calibrated to determine the most suitable turbulence models and in order to validate, resuts, the  data obtained from transverse fluctuations along the width of channel was used. data . The results showed that accelerating the flow in the main channel more flow separation and increase the flow velocity gradient near the upstream corner of dead zone. With the entry into dead zone, average flow velocity reduces and low-velocity zone appears as a circular area. Analyzing the flow pattern showed that in simulation of turbulence distribution RANS 2-end order model has a better efficiency in comparison with RANS 1-end order model. Finally the LES model showed the highest efficiency in the flow simulation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow pattern
  • Turbulence Intensity
  • Turbulence Model
  • Two-Region Model

Anon. 2010. Benchmarking CD-adapco’s STAR-CCM+ in a production design environment. ASME Turbo Expo 2010: Power for Land, Sea, and Air. American Society of Mechanical Engineers.

Chanson, H. 2004. Environmental Hydraulics of Open Channel Flows. Elsevier Butterworth-Heinemann Linacre House. Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK.

Constantinescu, G., Sukhodolov, A. and McCoy, A. 2009. Mass exchange in a shallow channel flow with a series of groynes: les study and comparison with laboratory and field experiments. Environ. Fluid Mech. 9, 587-615.

Drost, K. J. 2012. RANS and LES predictions of turbulent scalar transport in dead zones of natural streams. M. Sc. Thesis. Faculty of Environmental Hydraulic. Oregon State University. US.

Gualtieri, C., Jiménez, P. and Rodríguez, J. 2010. Modeling turbulence and solute transport in a square dead zone. Proceedings of the International Association of Hydraulic Research (IAHR). European Congress. Apr. 12-16. Edinburgh. Gran Bretagna.

Hinterberger, C., Frohlich, J. and Rodi, W. 2007. Three-dimensional and depth averaged large-eddy simulations of some shallow water flows. J. Hydraul. Eng. 133, 857-863.

Jackson, T. R., Haggerty, R., Apte, S. V., Coleman, A. and Drost, K. J. 2012. Defining and measuring the mean residence time of lateral surface transient storage zones in small streams. Water Resour. Res. 48(10): 105-115.

Jirka, G. H. 2001. Large scale flow structures and mixing processes in shallow flows. J. Hydraul. Res. 39(6): 567-574.

Kevin, J., Drost, K. J., Sourabh, V., Apte, S. V., Haggerty, R. and Jackson, T. 2014. Parameterization of mean residence times in idealized rectangular dead zones representative of natural streams. J. Hydraul. Eng. 140, 1-14.

McCoy, A., Constantinescu, G. and Weber, L. J. 2008. Numerical investigation of flow hydrodynamics in a channel with a series of groynes. J. Hydraul. Eng. 134(2): 157-172.

Rossi, R. and Iaccarino, G. 2009. Numerical simulation of scalar dispersion downstream of a square obstacle using gradient-transport type models. Atmos. Environ. 43(16): 2518-2531.

Valentine, E. and Wood, I. 1979. Dispersion in rough rectangular channels. Hydraul. Division. 105(12): 1537-1553.

Van Balen, W., Uijttewaal, W. S. J. and Blanckaert, K. 2009. Large-eddy simulation of a mildly curved open-channel flow. J. Fluid Mech. 630(1): 413-442.

Weitbrecht, V., Socolofsky, S. and Jirka, G. 2008. Experiments on mass exchange between groin fields and main stream in rivers. J. Hydraul. Eng. 2, 173-183.