بررسی عددی سامانه ی هوادهی برای جریانهایی با سرعت بالا با کابرد روش VOF

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

مقاله 5، دوره 9، شماره 29، خرداد و تیر 1395، صفحه 62-74   

نویسنده

حسین خورشیدی^*

گروه مهندسی عمران، واحد مرودشت ، دانشگاه آزاد اسلامی ، مرودشت ، ایران

تاریخ دریافت: 20 آبان 1395،  تاریخ پذیرش: 20 آبان 1395 

چکیده

حفره سازی مهمترین مشکلی است که به سبب سرعتهای بالای جریان در تخلیه­کننده­های زیرین سدها رخ می­دهد. به علت بروز سرعتهای بیش از 30 متر بر ثانیه، و ایجاد فشارهای منفی در تخلیه­کننده ی زیرین سد سفید­رود، این مجرا متحمل آسیبهای شدیدی در پوششهای خود گردیده است. در این تحقیق از روش حجم­محدود به کار رفته در نرم­افزار فلوئنت، شبیه جریان برای این مجرا انجام گرفته، که در آن از نرم افزار حجم سیال در حالت سه بعدی شامل جریان دو حالتی آب و هوا سود برده شده است. مقایسه­ی بین نتایج شبیه عددی و اندازه­گیریهای نمونه آزمایشگاهی به منظور تایید نرم افزار انجام گرفته است که به دست آمدن خطاهای کمتر از 20 درصد برای مقادیر سرعت و فشار، با توجه به هندسه ی پیچیده ی مجرا محدوده ا­ی قابل قبول است. طی بازشدگیهای مختلف دریچه ی تنظیم جریان، مقادیر شاخص حفره سازی در نقاط بسیاری در پایاب دریچه در محدوده ی مقدار بحرانی 25/0 قرار گرفته است که استفاده از سامانه هوادهی در بعد از محل دریچه را ضروری می سازد. با هوادهی مناسب در این ناحیه، و کاهش سرعت جریان در مرزها، توزیع شاخص حفره سازی نسبت به حالت هوادهی نشده در حدود 6 تا 7 برابر افزایش یافته از مقدار بحرانی 25/0 به خوبی فاصله گرفته که در نهایت باعث بهبود وضعیت جریان از لحاظ ایجاد پدیده ی حفره سازی گردیده است.

کلیدواژه‌ها

تخلیه‌کننده تحتانی؛ سد سفیدرود؛ حفره سازی؛ سامانه ی هوادهی؛ نرم‌افزار فلوئنت

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Aeration System in High Flow Velocity Using VOF

نویسندگان [English]

Hossein Khorshidi

چکیده [English]

Cavitation is the most important problem in the bottom outlets of dams because of high flow velocities. Due to flow velocities up to 30 m/s and negative pressures, remarkable damages occurred on the lining of these tunnels. In this paper, a numerical model based on the finite volume method for fully three-dimensional (3D) using VOF model in two-phase including air and water is applied. Validation of the work has been obtained by comparison with measurements of a laboratory model, i.e., the pressure and velocity magnitudes are computed along the tunnel with error up to 20 percent. Cavitation index in flow direction have been estimated under different conditions of gate opening and shown critical situation (less than 0.25) at the downstream the gate. For aerated flow, the cavitation index were increased up to 6-7 times greater than the non-aerated flow and improved the flow conditions for cavitation occurrences.

کلیدواژه‌ها [English]

Bottom outlet, Sefidrood dam, Aeration system, Fluent software

مراجع

1. Vischer, D.L., and Hager, W.H. 1999. Dam Hydraulics. John Wiley & Sons Ltd, Chichester, United   Kingdom.

2. Speerli, J., and Hager, W.H. 2000. Air–water flow in bottom outlets. Canadian Journal of Civil Engineering, 27:454-462.

3. Sharma, H.R. 1976. Air entrained in high head gated conduits. Journal Hydraulics Division ASCE, 102(HY11):1629-1646; 103(HY10):1254-1255.

4. سلیمان­زاده ر. 1385. تحلیل عددی جریان دو فاز آب و هوا در اطراف دریچه کشویی تخلیه­کننده تحتانی. دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

5. مطالعات علاج بخشی سد سفیدرود. 1385. گزارشات مربوط به آسیبهای تخلیه­کننده های تحتانی، مؤسسه تحقیقات آب، وزارت نیرو.

6. خورشیدی ح. 1387. بررسی پدیده کاویتاسیون در تخلیه­کننده تحتانی سد سفیدرود به کمک فلوئنت، مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران،‌ تهران.

7. خورشیدی ح. 1387. بررسی سیستم هوادهی در تخلیه­کننده ­تحتانی سد سفیدرود با استفاده از روش حجم محدود، مجموعه مقالات هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه صنعت و برق شهید عباسپور، ‌تهران.

8 . عباسپور ا، هاشمی­کیا س. 1392. شبیه سازی عددی جریان بر روی سرریز استوانه ای با در نظر گرفتن مولفه ی زبری با استفاده از معیارk - ε. مجله ی مهندسی منابع آب، دوره 6، شماره 18.