پایان نامه کارشناسی ارشد مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع ارشد سازه های آبی

عنوان : مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه با استفاده از نرم‌افزار Flow3D

دانشکده مهندسی آب و خاک

پایان ­نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد در رشته

 سازه ­های آبی

عنوان:

مدل‌سازي عددي هيدروليك جريان و آبشستگي در پايين‌دست جريان ترکيبي همزمان از روي سرريز و زير دريچه با استفاده از نرم‌افزار Flow3D

استاد راهنما:

دکتر امیراحمد دهقانی

اساتيد مشاور:

دكتر مهدي كاهه

دكتر عبدالرضا ظهيري

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………… 2

1-2 تعاریف……………………………………………………………………………………………… 3

1-2-1 سرریزها………………………………………………………………………………………….. 3

1-2-2 دریچه­ ها……………………………………………………………………………………….. 3

1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه…………………………………………………………. 4

1-2-4 آبشستگی………………………………………………………………………………… 6

1-3 ضرورت انجام تحقیق……………………………………………………………………………. 9

1-4 اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………. 9

1- 5 ساختار کلی پایان نامه ………………………………………………………………………. 10

 فصل دوم: بررسی منابع

2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………. 12

2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان………………………………………………………………. 12

2-2 مطالعات عددی با نرم­افزار Flow3D…………………………………………………………….

 فصل سوم: مواد و روش­ها

3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………. 22

3-2 نحوه انجام آزمایشات……………………………………………………………………….. 22

3-2-1 مخزن…………………………………………………………………………………… 23

3-2-2 پمپ……………………………………………………………………………………… 23

3-2-3 کانال آزمایشگاهی……………………………………………………………………….. 23

3-2-4 مخزن آرام کننده جریان……………………………………………………………………. 24

3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز – دریچه………………………………………………………. 24

3-3 آنالیز ابعادی…………………………………………………………………………………. 25

3-4 شبیه­سازی عددی………………………………………………………………………… 27

3-4-1 معرفی نرم­افزار Flow3D…………………………………………………………………..

3-4-2 معادلات حاکم………………………………………………………………………….. 32

3-4-3 مدل­های آشفتگی…………………………………………………………………….. 33

3-4-3-1 مدل­های صفر معادله­ای………………………………………………………. 35

3 -4-3-2 مدل­های یک معادله­ای……………………………………………………….. 35

3-4-3-3 مدل­های دو معادله­ای………………………………………………………….. 36

3-4-3-4 مدل­های دارای معادله تنش………………………………………………………. 36

3-4-4 شبیه­سازی عددی مدل……………………………………………………………. 37

3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل……………………………………………………………. 38

3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان…………………………………………………. 38

3-4-4-3 شرایط مرزی کانال……………………………………………………………… 40

3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل……………………………………………………. 41

3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان……………………………………………………………… 43

3-4-4-6 زمان اجرای مدل……………………………………………………………….. 43

فصل چهارم: نتایج و بحث

4-1 مقدمه………………………………………………………………………………. 46

4-2 شبیه­سازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب………………………………… 46

4-2-1 واسنجی نرم­افزار……………………………………………………………….. 46

4-2-1-1 ارزیابی نرم­افزارپ…………………………………………………………….. 48

4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز – دریچه بر هیدرولیک جریان….. 54

4-3 شبیه­سازی آبشستگی پایین­دست جریان…………………………………………. 59

4-3-1 واسنجی نرم­افزار……………………………………………………………………. 59

4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرم­افزار………………………………………………………………… 61

 فصل پنجم: پیشنهادها

5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………….. 70

5-2 نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………… 70

5-3 پیشنهادها…………………………………………………………………………………. 71

منابع…………………………………………………………………………………………… 74

چکیده:

در سازه‌های ترکیبی سرریز­-­ دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش‌های برشی کف می‌شود. از این‌رو شبیه‌سازی عددی الگوی جریان عبوری از این سازه‌ها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از این تحقیق، شبیه‌سازی عددی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پایین­دست جریان ترکیبی همزمان از روی سرریز و زیر دریچه با استفاده از نرم­افزار Flow3D  است. نرم­افزارFlow3D  یک نرم­افزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار مي‌گیرد. این مدل برای شبیه سازی جریان­های سطح آزاد سه­بعدی غیر ماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق مدل­سازی در حالت کف صلب و کف متحرک انجام شد و برای واسنجی و صحت­سنجی این نرم­افزار به منظور تخمین پارامترهای جریان در سازه­های ترکیبی، از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد. به منظور شبیه­سازی پروفیل سطح آب از روش VOF استفاده شد. همچنین برای شبیه­سازی آبشستگی جریان از مدل­های مختلف آشفتگی مانند RNG k-ɛ، k-ɛ و LES بهره گرفته شد. پس از اطمینان از دقت مدل و با   انتگرال­گیری­های پروفیل­های سرعت روی سرریز و زیر دریچه، میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه تعیین شد. سپس با انجام آنالیز ابعادی، نسبت دبی عبوی از روی سرریز به زیر دریچه، تابعی از عدد فرود (Fr)، نسبت عمق بالادست سازه به بازشدگی زیر دریچه () و هد آب روی سرریز به طول سازه () گردید. مقایسه نتایج مدل­سازی در حالت کف متحرک با نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد که مدل از قابلیت بالایی جهت شبیه­سازی الگو و میزان آبشستگی برخوردار است.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

يكي از عمده‌ترين مشكلات سازه‌هايي از قبيل سرريزها، دريچه‌ها و حوضچه‌هاي آرامش كه در بالادست بسترهاي فرسايش‌پذير قرار دارند، آبشستگي در مجاورت سازه است كه علاوه­‌بر تأثير مستقيم بر پايداري سازه، ممكن است باعث تغيير مشخصات جريان و در نتيجه تغيير در پارامترهاي طراحي سازه شود. به دليل پيچيدگي موضوع، اكثر محققين آن را به صورت آزمايشگاهي بررسي كرده­اند كه با وجود تمام دست­آوردهاي مهمي كه تاكنون در زمينه آبشستگي موضعي حاصل گرديده است، هنوز هم شواهد زيادي از آبشستگي گسترده در پاياب دريچه‌ها، سرريزها، شيب‌شكن‌ها، كالورت‌ها و مجاورت پايه‌هاي پل ديده مي‌شود كه مي‌تواند پايداري اين سازه­ها را با خطرات جدي مواجه كند.

پديده آبشستگي زماني اتفاق مي‌افتد كه تنش برشي جريان آب عبوري از آبراهه، از ميزان بحراني شروع حركت ذرات بستر بيشتر شود. تحقيقات نشان داده است كه عوامل بسيار زيادي بر آبشستگي در پايين‌دست سازه تأثيرگذار هستند كه از جمله آن­ها مي‌توان به اندازه و دانه‌بندي رسوبات، عمق پاياب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و … اشاره كرد (کوتی و ین[1] (1976)، بالاچاندار[2] و همکاران (2000)، کلز[3] و همکاران (2001)، لیم و یو[4] (2002)، فروک[5] و همکاران (2006)، دی و سارکار[6] (2006) و ساراتی[7] و همکاران (2008)).

دریچه­ ها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانال­هاي باز مورد استفاده قرار می­گیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوري از رو یا زیر سازه­ها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پایین­دست سازه­ها وجود دارد که ممکن است پایداري سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.

به منظور افزایش بهره‌وری از سازه­های پرکاربرد سرریزها و دریچه­ها، می‌توان آن­ها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچه‌ها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.

2-1- تعاریف

1-2-1- سرریزها

یکی از سازه­های مهم هر سد را سرریزها تشکیل می­دهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازه­گیری دبی جریان در کانال­ها­ مورد­استفاده قرار می­گیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام می­دهند، باید سازه­ای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهره­برداری آمادگی داشته باشد.

معمولاً سرريزها را بر حسب مهم­ترين مشخصه آن­ها تقسيم­بندي مي­كنند. اين مشخصه مي­تواند در رابطه با سازه كنترل و كانال تخليه باشد. بر حسب اين­كه سرريز مجهز به دريچه و يا فاقد آن باشد به ترتيب با نام سرريزهاي كنترل­دار و يا سرريزهاي بدون كنترل شناخته مي­شوند.

2-2-1- دریچه ها

دریچه­ها سازه­هایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته می­شوند. از دريچه­ها به منظور قطع و وصل و يا كنترل جريان در مجاري عبور آب استفاده می­شود و از لحاظ ساختمان به گونه­اي مي­باشند كه در حالت بازشدگي كامل عضو مسدود كننده كاملاً از مسير جريان خارج مي­گردد.

دريچه ­ها در سدهاي انحرافي و شبکه­هاي آبياري و زهکشي کاربرد فراوان دارند. همچنين براي تخليه آب مازاد کانال­ها، مخازن و پشت سدها به کار مي­روند (نواک[1] و همکاران، 2004).

دریچه­ ها به صورت زیر دسته­بندی می­شوند:

بر اساس محل قرارگیری: دریچه­های سطحی و دریچه­های تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار می­گیرند.

بر اساس کاری که انجام می­دهند: دریچه­های اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهره­برداری قرار می­گیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده می­شود.

بر اساس مصالح بدنه: دریچه­های فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار می­گیرد.

بر اساس نوع بهره­برداری: دریچه­ های تنظیم کننده دبی و دریچه­های کنترل­کننده سطح آب

بر اساس مکانیزم حرکت: دریچه­ های خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار می­کند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل می­نماید. دریچه برقی از دستگاه­های برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با دست جابه­جا می­شوند.

بر اساس نوع حرکت: دریچه ­های چرخشی، غلطان، شناور و دریچه­هایی که در امتداد یا در جهت عمود بر جریان حرکت می­نمایند.

بر اساس انتقال فشار آب: دریچه­ ها ممکن است فشار را به طرفین یعنی به پایه­ های پل یا به تکیه­ گاه­ ها منتقل نمایند و یا ممکن است نیروی فشار آب بر کف منتقل شود و یا ممکن است نیروی فشار آب به هر دو یعنی هم تکیه­ گاه­ ها و هم بر کف منتقل شود.

3-2-1- سازه ترکیبی سریز – دریچه

تركيب سرريز – دريچه يكي از انواع سازه­هاي هيدروليكي مي­باشد كه در سال­هاي اخير عمدتاً براي عبور سيال در مواردي كه سيال حاوي سرباره و رسوب به صورت همزمان مي­باشد (مانند كانال عبور فاضلاب) بكار رفته است. سازه ترکیبی سرریز – دریچه با تقسيم دبي عبوري از بالا و پايين خود از انباشت سرباره و رسوب در پشت سازه جلوگيري مي­كند. از ديگر كاربردهاي عملي اين تركيب، مي­توان انواع سدهاي تأخيري را نام برد. در سدهاي تأخيري براي جلوگيري از انباشت رسوب در پشت سد كه منجر به كاهش حجم مفيد مخزن مي­گردد اقدام به تعبيه تخليه­كننده­هاي تحتاني مي­گردد. از طرف ديگر اين نوع سدها به علت برآورد اهداف طراحي و عبور سيلاب­هاي محتمل به صورت روگذر نيز عمل مي­كنند كه از اين دو جهت، مدل تركيبي سرریز – دریچه ايده مناسبي براي تحليل اين نوع سدها مي­باشد. اگرچه اين نوع سازه داراي كاربرد فراواني در سازه­هاي هيدروليكي مي­باشد.

جهت به حداقل رساندن مشكلات در سرريزها و دريچه‌ها و همچنين جهت بالا بردن مزاياي آن­ها مي‌توان از سازه تركيبي سرريز – دريچه استفاده كرد به طوري كه در يك زمان، جريان آب بتواند هم از روي سرريز و هم از زير دريچه عبور نمايد. اين وسيله تركيبي مي‌تواند مشكلات ناشي از فرسايش و رسوب­گذاري را مرتفع نمايد (دهقاني و همكاران، 2010).

همچنين با اين روش، رسوبات و مواد زائد در پشت سرريزها انباشته نمي‌‌‌شوند (ماخرک، 1985).

مشكلاتي را كه در اثر وجود مواد رسوبي يا شناور در آب انتقالي براي آبياري حاصل مي‌شود، مي‌توان با استفاده از سازه تركيبي سرريز – دريچه به مقدار زيادي كاهش داده که امكان اندازه‌گيري دقيق‌تر و ساده‌تر را به همراه دارد ( اسماعيلي و همكاران، 1385).

سيستم سرريز – دريچه امکان عبور جريان را از پايين و بالاي يک مانع افقي در قسمت مياني مجرا به طور همزمان فراهم نموده، بدين صورت که مواد قابل رسوب را در پشت دريچه به صورت زيرگذر و مواد شناور را به صورت روگذر سرريز عبور مي­دهد (شکل 1- 1).

از اين­رو تعيين شکل و حداکثر عمق آبشستگي در پایين­دست سرريز و دريچه ترکيبي به منظور تثبيت وضعيت بستر مي­تواند مفيد واقع شود.

[1] Novak

[1] Kuti &Yen

[2] Balachandar

[3] Kells

[4] Lim &Yu

[5] Faruque

[6] Dey & Sarkar

[7] Sarati

تعداد صفحه : 100

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

:        ****       info@elmyar.net

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :

 

برای جستجو بر اساس موضوع های پایان نامه ها اینجا کلیک کنید

مطالب مشابه را هم ببینید

 

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید