این مدلها بر خلاف مدلهای صفر معادلهای، از یک معادله برای انتقال کمیت آشفتگی استفاده می کنند. این معادله ارتباط بین مقیاس سرعت نوسانی و کمیت آشفتگی میباشد که جذر انرژی جنبشی آشفتگی بهعنوان مقیاس سرعت در حرکت آشفته مد نظر میباشد و مقدار آن توسط معادله انتقال محاسبه میگردد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
۳-۴-۳-۳ مدلهای دومعادلهای
مدلهای دو معادلهای سادهترین مدلها هستند که قادرند نتایج بهتری در جریانهایی که مدل طول اختلاط نمیتواند به صورت تجربی در یک روش ساده مورد استفاده قرار بگیرد، ارائه دهند. به طور مثال جریانهای چرخشی از این نمونهاند. تقسیم بندی این مدلها بر اساس محاسبه تنش رینولدز و یا ویسکوزیته گردابهای به صورت زیر است:
ویسکوزیته گردابهای
جبری
تنش رینولدز غیرخطی
این مدلها، دو معادله دیفرانسیلی را حل می کنند. به معادله k که از قبل بوده، معادله ɛ هم اضافه می شود. معادله انرژی جنبشی، k، بیانکننده مقیاس سرعت است، بدین صورت که اگر قرار باشد سرعتهای نوسانی مورد بررسی قرار بگیرند، میتوان جذر انرژی جنبشی حاصل از آشفتگی در واحد جرم را به عنوان مقیاس در نظر گرفت، معادله نرخ میرایی انرژی جنبشی، ɛ، نیز مقیاس طول است. در حقیقت مقیاس طول، اندازه گردابههای بزرگ دارای انرژی جنبشی را میدهد که باعث انتقال آشفتگی در توده سیال می شود.
۳-۴-۳-۴ مدلهای دارای معادله تنش
نرمافزار Flow3D مدل آشفتگی جدیدتری بر مبنای گروه های نرمال شده رینولدز پیادهسازی کرده است. این دیدگاه شامل روشهای آماری برای استحصال یک معادله متوسطگیری شده برای کمیتهای آشفتگی است. مدلهای بر پایه RNG k-ɛ از معادلاتی استفاده می کند که شبیه معادلات مدل آشفتگی k-ɛ است اما مقادیر ثابت معادله که به صورت عملی در مدل استاندارد k-ɛ یافت شدهاند، صریحاً از مدل RNG k-ɛ گرفته شده اند. از این رو، مدل RNG k-ɛ قابلیت اجرایی گستردهتری نسبت به مدل استاندارد k-ɛ دارد. بویژه مدل RNG k-ɛ برای توصیف دقیقتر آشفتگی جریانهای با شدت کمتر و جریانهایی با مناطق دارای برش، قویتر شناخته شده است. در معادله RNG k-ɛ، فرمول تحلیلی برای محاسبه عدد پرانتل آشفته وجود دارد ولی در مدل k-ɛ، از یک مقدار ثابت که استفاده کننده مدل به آن معرفی می کند استفاده میگردد. در مدل RNG k-ɛ، تأثیر گرداب در آشفتگی لحاظ میگردد لذا دقت حل جریانهای چرخشی را بالا میبرد.
نرمافزار Flow3D از پنج مدل آشفتگی طول اختلاط پرانتل، مدل تک معادلهای، دومعادلهای k-ɛ، دومعادلهای RNG k-ɛ و روش گردابهای بزرگ (LES) بهره میبرد.
۳-۴-۴ شبیهسازی عددی مدل
در این تحقیق، شبیهسازی عددی شامل دو قسمت میباشد:
۱- قسمت اول مربوط به شبیهسازی هیدرولیک جریان عبوری از سازه ترکیبی سرریز – دریچه است که آزمایشات بکار رفته جهت واسنجی مدل، در کانال با مقیاس کوچک انجام شده است. کانال با مقیاس کوچک دارای طول ۷/۳ متر، عرض ۵/۱۳ سانتیمتر و ارتفاع ۳۰ سانتیمتر بوده که سازه ترکیبی مورد نظر با ضخامت ۳ میلیمتر و در فاصله ۲ متری از ابتدای کانال تعبیه شده است.
همچنین با بهره گرفتن از مدل واسنجی شده با داده های آزمایشگاهی مربوط به هیدرولیک جریان، مدلهایی مربوط به سازه ترکیبی همراه با انقباض جانبی مدل شده و تأثیر میزان انقباض سرریز- دریچه بر نسبت دبی عبوری از روی سرریز به دبی عبوری از زیر دریچه بررسی شد.
۲- قسمت دوم مربوط به شبیهسازی حفره آبشستگی در پاییندست سازه ترکیبی سرریز- دریچه است که برای شبیهسازی عددی آبشستگی، از آزمایشات انجام شده توسط شهابی و همکاران (۱۳۸۹) در کانال با مقیاس بزرگ استفاده شده است. کانال با مقیاس بزرگ دارای طول ۱۲ متر، عرض و ارتفاع ۶/۰ متر است. کف کانال به ارتفاع ۲۵ سانتیمتر از رسوبات یکنواخت با D50= 1.5 mm و ضریب یکنواختی ۱۸/۱ پوشانده شده است. دریچه و سرریز ترکیبی با ضخامت ۶ میلیمتر و در فاصله ۴/۶ متری از ابتدای کانال نصب شده است.
پس از واسنجی نرمافزار، مدل برای شرایط هندسی و هیدرولیکی مختلف اجرا شد و با انتگرالگیری پروفیل سرعت بالای سرریز و زیر دریچه، نسبت دبی عبوری از روی سازه به دبی عبوری از زیر دریچه () محاسبه شد. مشخصات مدلسازیهای انجام شده برای آبشستگی در جدول (۳- ۳) ارائه داده شده است.
جدول ۳-۳ محدوده داده های بهکار رفته جهت شبیهسازی آبشستگی
بازشدگی دریچه (cm)
ارتفاع سازه (cm)
مقادیر دبی (lit/s)
۲ ، ۱
۸
۳۴/۱۱ ۶۶/۱۰ ۹۸/۹ ۶۸/۸ ۵۲/۷
۲ ، ۱
۱۰
۱/۱۵ ۸۶/۱۳ ۶/۱۲ ۳۳/۱۱ ۷۸/۹
۲ ، ۱
۱۲
۲۶/۱۶ ۱۴/۱۵ ۴/۱۴ ۸۸/۱۳ ۳/۱۱
۳ ، ۴
۱۰
۱۱/۲۰ ۸۷/۱۸ ۵۲/۱۷ ۲۷/۱۶ ۱/۱۵
مراحل اصلی شبیهسازی عددی در نرمافزار Flow3D عبارتند از:
۳-۴-۴-۱ ترسیم هندسه مدل
در صورتی که هندسه مدل آزمایشگاهی به صورت منظم باشد میتوان شکل آن را در خود نرمافزار Flow3D ترسیم نمود اما در صورتی که مدل مورد نظر شکل نامنظم داشته باشد نرمافزار قادر خواهد بود فایلهای ایجاد شده در نرمافزارهایی نظیر اتوکد[۵۲] و همچنین فایلهای توپوگرافی به صورت X, Y, Z را مورد استفاده قرار دهد. در این تحقیق، مدلهای بکار رفته در خود نرمافزار ترسیم شده است.
۳-۴-۴-۲ شبکهبندی حل معادلات جریان
[یکشنبه 1401-04-05] [ 11:05:00 ب.ظ ]
|