تاثیر عدد فرود بالادست بر میدان جریان کانال U شکل با سرریز-جانبی در شرایط فوق‌بحرانی

Abstract

به دلیل ساختار هیدرولیکی کانال‌های U شکل این نوع مجاری بعنوان مقطع مبدل کانال‌های مستطیلی و دایروی دریچه‌های آدم‌رو و نیز به همراه سرریزهای جانبی در شبکه دفع فاضلاب، سیستم‌های آبیاری، محافظت سیلاب و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع کانال‌ها رژیم جریان می‌تواند در شرایط فوق‌بحرانی باشد. در مطالعه حاضر، میدان جریان آشفته و سطح آزاد جریان در یک کانال U شکل دارای سرریزجانبی در شرایط فوق‌بحرانی با استفاده از نرم‌افزار فلو‌تری‌دی، مدل آشفتگی RNG و طرح VOF شبیه‌سازی شده-است. مقایسه بین نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می‌دهد که مدل عددی، سطح آزاد و مشخصات میدان جریان را با دقت قابل قبولی شبیه‌سازی می‌نماید. در ادامه، اثر عدد فرود بالادست سرریزجانبی بر روی الگوی جریان کانال اصلی مورد بررسی قرار‌گرفت. در کانال‌های U شکل با سرریز‌جانبی برای کلیه عددهای فرود، در مجاورت دیواره داخلی یک افت سطح آزاد در ابتدای بالادست سرریز بوقوع پیوسته و پرش سطحی در یک چهارم انتهایی طول دهانه سرریزجانبی اتفاق افتاد. در امتداد پرش سطحی انرژی پتانسیل کاهش و در مقابل انرژی جنبشی افزایش یافت. علاوه بر آن، با افزایش مقدار عدد فرود، عرض صفحه جدایش جریان و ابعاد ناحیه سکون زیاد و اندازه زاویه ریزشی جت جریان کاهش می‌یابد. برای همه عدد فرودها همواره، حداکثر مقدار سرعت عرضی تقریبا در انتهای پائین‌دست سرریزجانبی بوقوع پیوسته‌است. بر اساس نتایج شبیه‌سازی، حداکثر مقدار تنش برشی در محور مرکزی کانال اصلی واقع در وسط دهانه سرریزجانبی بوقوع پیوسته و در مقابل حداقل آن در زیر ناحیه ایستایی و در انتهای پائین‌دست سرریزجانبی اتفاق افتاده‌است.