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