مدلسازی عددی جریان و سیستم هوادهی بر روی سرریز سد آزاد با استفاده از مدل ANSYS FLUENT

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 48، اردیبهشت 1400، صفحه 16-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2021.4586

نویسندگان

محیا مهدی آبادی¹؛ علی آرمان^{* 2}

¹دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی گروه مهندسی آب، دانشگاه رازی، کرمانشاه

²استادیار سازه های آبی گروه مهندسی آب،دانشگاه رازی، کرمانشاه

تاریخ دریافت: 15 اردیبهشت 1398،  تاریخ بازنگری: 02 بهمن 1398،  تاریخ پذیرش: 06 اردیبهشت 1400 

چکیده

مقدمه: کاویتاسیون مهمترین مشکلی است که به سبب سرعت­های زیاد جریان در مجراهای تخلیه‌کننده سدها ممکن است رخ دهد. به منظور بررسی و حصول اطمینان از عملکرد سرریز یک سد در دوران بهره‌برداری، مدل هیدرولیکی سازه سد آزاد در موسسه تحقیقات آب تهران مدل شده‌است.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق از طریق دینامیک سیالات محاسباتی در قالب روش حجم محدود بکار رفته در نرم‌افزار ANSYS FLUENT ، مدلسازی جریان در این مجراها و از مدل حجم سیال (VOF) در حالت سه بعدی شامل جریان دوفازی آب و هوا استفاده شده، که برای در نظر گرفتن آشفتگی‌های جریان نیز مدل k – ε بکارگرفته شده‌است.
نتایج و بحث: برای تایید نتایج مدل، مقایسه‌ای با نتایج حاصل از مدل هیدرولیکی اجرا شده بدون سیستم هواده از سرریز سد آزاد انجام شده‌است. سپس به منظور ﺗﺄیید مکان و تعداد سیستم هواده، از دو سناریو (دو و سه سیستم هواده) شامل پله (RAMP) در کف و دیواره مجرا با شیب مناسب و نیز تعبیه شیار هواده در دیواره استفاده شده‌است، که باعث فرستادن هوا به نزدیکی کف و دیواره‌ها خواهد شد.
نتیجه‌گیری: با بررسی پارامترهای جریان از قبیل سرعت، فشار و شاخص کاویتاسیون، سرریز با دو سیستم هواده به عنوان گزینه برتر مورد تایید قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

سرریز اوجی؛ سد آزاد؛ کاویتاسیون؛ سیستم هواده؛ مدل ANSYS FLUENT

عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Flow and Aeration System of the AZAD Dam’s Spillway Using ANSYS FLUENT Model

نویسندگان [English]

Mahya Mehdiabadi¹؛ Ali Arman²

¹Campus of Agriculture and Natural Resource.,Razi University , Kermsanshah, Iran

²Campus of Agriculture and Natural Resource.,Razi University , Kermsanshah, Iran

چکیده [English]

Introduction:
Cavitation is one of the most important problems that may occur due to high flow velocity in dam spillways. In order to predict of dam spillway structure during operation, Azad dam spillway hydraulic model has been modeled in Tehran Water Research Institute.
Materials and Methods:In this study, using computational fluid dynamics in the form of a finite volume method used in ANSYS FLUENT software, flow modeling in these channels, and a fluid volume model (VOF) in a three-dimensional state, including two-phase flow of water and air, used for Considering current turbulence, k-ε model has been used. In order to confirm the results of the model, a comparison was made with the results of a hydraulic model implemented without the aero-damping system of Azad spillway.
Findings:Then, in order to confirm the location and number of aeration systems, two scenarios (two and three aeration systems) including step ramp (RAMP) on the floor and the wall of the duct with a suitable slope and the installation of the aeration slot in the wall have been used, which sends air near the floor And the walls will be.
Conclusion:Then, by checking flow parameters such as speed, pressure and cavitation index, overflow with two aeration systems was confirmed as the best option.

کلیدواژه‌ها [English]

Ogee Spillway, Azad dam, Cavitation, Aeration system, ANSYS FLUENT model

مراجع

1. دهدار بهبهانی، ص.،(1390)، بررسی هیدرولیک جریان سرریز بالارود با استفاده از مدل ریاضی FLOW 3D و مقایسه با مدل فیزیکی، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

(https://scu.ac.ir/~fathi49)

1. آرامی فدافن م. علوی مقدم م. اژدری مقدم م. اکبری غ. 1390. بررسی تاثیر هوادهی در کاهش کاویتاسیون به وسیله مدل‌سازی سه‌بعدی جریان، یازدهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر. کرمان.

(https://civilica.com/doc/157883/)

ورجاوند،پ.فرسادی‌زاده،د.حسین‌زاده‌دلیر،ع.صدرالدینی،ع.1388،"شبیه‌سازی سه بعدی جریان در سرریز جانبی با استفاده از مدل آشفتگی k –ε و مقایسه نتایج با مدل فیزیکی "، مجله دانش آب و خاک،جلد1/20، شماره3 ، دانشگاه تبریز.

(https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=141150)

1. ایزدی‌نیا،ا.ریسمانی،ن.میرعلایی، ر.1395،"شبیه‌سازی تاثیر تغییرات جریان بر پدیده کاویتاسیون روی یک سرریز اوجی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت"، نهمین کنگره ملّی مهندسی عمران، دانشگاه فردوسی مشهد.

(http://www.tpbin.com/article/49534)

1. Ozturk M. and Aydin M. c. 2009. Verification of a 3-D numerical model for spillway aerator. Mathematical and Compotational Applications. 14(1): 21-30.

     (https://doi.org/10.3390/mca14010021)

1. Bordbar A. Mousavi-jahromi H. Shafaei Bajestan M. and Sedghi H. 2010. Step effects investigation on the flow regime and cavitation in stepped morning gloye spillways. World Applied Sciences journal. 10(9): 1024-1031.

 (https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.390.3838&rep=rep1&type=pdf)

1. Li CH, gong J,li X, (2011). Numerical simulation of flow over a spillway with turbulence model. Mechanics and Materials volume 90-93 on pages 2511 to 2515.

 (https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.90-93.2511)

1. Yurdagul Kumcu,S,(2016),Investigation of Flow Over Spillway Modeling and Comparison between Experimental Data and CFD Analysis. KSCE Journal of Civil Engineering (2017) 21(3):994-1003. Necmettin Erbakan University, Konya, Turkey.

    (https://doi.org/10.1007/s12205-016-1257-z(`