مطالعه هیدرولیک جریان در خلیج میانی با استفاده از مدل عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی میرداماد. گرگان. ایران

چکیده

سطح یک خلیج و مشخصه­های آن که در مسیر یک رودخانه قرار دارد مهمترین عامل برای نگهداری گونه­های مختلف زندگی گیاهی و جانوری به شمار می­آید. برای بررسی مشخصه­های هیدرولیکی جریان در خلیج، نیاز به یک شبیه­سازی سه­بعدی است که بتواند آن­را به خوبی مدلسازی نموده و محل دقیق اندازه و شکل گردابه­ها را تشخیص دهد. در این پژوهش داده­های حاصل از آزمایش­های انجام شده در دانشگاه صنعتی شاهرود مورد استفاده قرار گرفته است (سال­های 98و 99). اندازه­گیری­ها بر روی یک جریان حفره­ای دایمی و همگن با سطح آزاد در یک خلیج مربعی شکل با ابعاد3/0 ×3/0 متر، در 4 دبی (017/0، 024/0، 028/0، 033/0 مترمکعب بر ثانیه) انجام گرفت. نتایج مشاهداتی وجود یک سیکل گردشی بزرگ­مقیاس در محدوده داخلی خلیج را تایید نمود. به منظور شناخت و تحلیل الگوی جریان، با استفاده از داده­های مدل فیزیکی، شبیه­سازی هیدرولیکی به کمک مدل عددی Flow3D انجام شد. با انجام کالیبراسیون، مدل آشفتگی RNG که بیشترین تطابق را با داده­های واقعی داشته، انتخاب ومورد استفاده قرار گرفت. الگوی جریان در محدوده خلیج نشان داد سیکل چرخشی ایجاد شده بصورت یک حلقه دایره­ای می­باشد. سرعت در ورود به خلیج تا نیمه دارای روند نزولی بوده پس از رسیدن به نقطه صفر در میانه خلیج مجدداً روند صعودی می­یابد. سرعت طولی که مقدار بیشتری از سرعت­های عرضی و عمقی دارد نیز در محدوده خلیج دارای تقارن می­باشد. سرعت عرضی در محدوده خلیج بیشتر ازکانال اصلی بوده و در میانه خلیج، مقدار آن به بیشینه خود می­رسد. همچنین سرعت عرضی در نیمه ابتدایی خلیج جهت منفی و در نیمه انتهایی جهت مثبت دارد که نشان­دهنده حرکت پادساعتگرد حلقه گردش می­باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of flow hydraulic in the middle embayment using a numerical model

نویسندگان [English]

  • fatemeh zahra asadi 1
  • Mehdy Meftah Halaghi 1
  • Amir Ahmad Dehghani 1
  • Esmaeil Kordi 2
1 Water Science Engineering Department. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources .Gorgan. Iran
2 Department of Civil Engineering. Mirdamad Institute of Higher Education. Gorgan .Iran.
چکیده [English]

The area of an embayment and its characteristics, which are located along a river, are the most important factor for the maintenance of different species of Flora and fauna. To study the hydraulic characteristics of the flow in the embayment, a three-dimensional simulation model is needed to detect the exact location of the size and shape of the vortices. In this study, the data obtained from experiments, performed at Shahroud University of Technology, have been used (2019 - 2020). Measurements were performed on a continuous and homogeneous cavity flow with free surface in a square embayment with dimensions of 0.3 * 0.3 cm in 4 discharges (0.017, 0.024, 0.028, 033 / 0 cubic meters per second). Gyre formation observed in the embayment. In order to identify and analyze the flow pattern, numerical modeling was performed using physical model data and Flow3D numerical model. The RNG turbulence model, which was more consistent with the actual data, was selected and used by calibration. The flow pattern in the bay area showed that the created rotational cycle is a circular gyre. The speed at the entrance to the square embayment has a downward trend to half, and after reaching the zero point in the middle of the embayment, it finds an upward trend again. The longitudinal velocity, which is greater than the transverse and deep velocities, is also symmetrical in the embayment. Also, the transverse velocity has a negative direction in the first half of the embayment and a positive direction in the last half, which indicates the counter-clockwise movement of the gyre.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Middle embayment
  • Flow structures
  • Models of turbulence
  • Flow3D model

مراجع

Akutina, Y., Gaskin, S. J., and Mydlarski, L. B. (2014). Entrainment mechanisms in river embayments. In River Flow. 31-37.
Barton, A. F., Keller, R. J.,and Katopodis, C. (2009). Verification of a numerical model for the prediction of low slope vertical slot fishway hydraulics. Australasian Journal of Water Resources. 13(1): 53-60.
Bigillon, F., Nino, Y., and Garcia, M. H. (2006). Measurements of turbulence characteristics in an open-channel flow over a transitionally-rough bed using particle image velocimetry. Experiments in Fluids. 41(6): 857-867.
Cea, L., Pena, L., Puertas, J., Vázquez-Cendón, M. E., and Peña, E. (2007). Application of several depth-averaged turbulence models to simulate flow in vertical slot fishways. Journal of Hydraulic Engineering. 133(2): 160-172.
Chorda, J., Maubourguet, M. M., Roux, H., Larinier, M., Tarrade, L., and David, L. (2010). Two-dimensional free surface flow numerical model for vertical slot fishways. Journal of Hydraulic Research. 48(2): 141-151.
Faccenda, F. (2002). Experimental studies on recirculating flow patterns in a cavity. Master’s project, McGill University, Montreal, Canada.
Flow Science, Inc. (2011), FLOW-3D User’s Manual. Flow Science, Inc., 10.0.1editions.
Gaskin, S., Kemp, L., and Nicell, J. (2002). Lagrangian tracking of specified flow parcels in an open channel embayment using phosphorescent particles. In Hydraulic Measurements and Experimental Methods 2002. 1-9.
Goring, D. G., and Nikora, V. I. (2002). Despiking acoustic Doppler velocimeter data. Journal of hydraulic engineering. 128(1): 117-126.
Guan, D., Agarwal, P., and Chiew, Y. M. (2018). Quadrant analysis of turbulence in a rectangular cavity with large aspect ratios. Journal of Hydraulic Engineering. 144(7): 04018035.
Javrela, J. (2005). Effect of submerged flexible vegetation on flow structure and resistance. Journal of Hydraulic Research. 307: 233–241
Keramaris, E., and Prinos, P. (2009). Flow characteristics in open channels with a permeable bed. Journal of Porous Media. 12(2): 155–165.
Navas-Montilla, A., C. Juez, M.J. Franca, J. Murillo. (2019). Depth-averaged unsteady RANS simulation of resonant shallow flows in lateral cavities using augmented WENO-ADER schemes. Journal of Computational Physics.(395). 511: 536.
Navas-Montilla, A., Martínez-Aranda, S., Lozano, A., García-Palacín, I., and García-Navarro, P. (2021). 2D experiments and numerical simulation of the oscillatory shallow flow in an open channel lateral cavity. Advances in Water Resources. 148: 103836.
Prinos, P., Sofialidis, D., and Keramaris, E. (2003). Turbulent flow over and within a porous bed. Journal of Hydraulic Engineering. 129(9): 720-733.
Sanjou, M., Nezu, I., and Okamoto, T. (2017). Surface velocity divergence model of air/water interfacial gas transfer in open-channel flows. Physics of Fluids. 29(4): 045107.
Wahl, T. L. (2000). Analyzing ADV data using WinADV. In Building partnerships (pp. 1-10).
Wahl, T. L. (2003). Discussion of “Despiking acoustic doppler velocimeter data” by Derek G. Goring and Vladimir I. Nikora. Journal of Hydraulic Engineering. 129(6): 484-487.DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:6(484)
تحقیقات آب و خاک ایران
دوره 53، شماره 4
تیر 1401
صفحه 849-870

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار