شبیه سازی عددی جریان غیردائم دوفازی اطراف دو استوانه دایره‌ای کنارهم و انتخاب مدل ‏آشفتگی بر اساس فرکانس تشکیل گردابه

Abstract

چکیدهمقدمه: امروزه‎ ‎آبشستگی‎ ‎یکی‎ ‎از‎ ‎مسائل‎ ‎مهم‎ ‎در‎ ‎مهندسی‎ ‎رودخانه‎ ‎و‎ ‎همچنین‎ ‎مهندسی‎ ‎سواحل‎ ‎می­باشد.‏‎ ‎آبشستگی ‏نوعی‎ ‎فرسایش‎ ‎است‎ ‎که‎ ‎در‎ ‎اثر‎ ‎جریان‎ ‎آب‎ ‎در‎ ‎اطراف‎ ‎پایه‌­ها‎ ‎به‎ ‎وجود‎ ‎می‌آید. بر‏‎ ‎اساس‎ ‎نتایج‎ ‎تحقیقات‎ ‎انجام‎ ‎شده،‎ ‎تخریب اکثر‎ ‎پل­‌هایی‎ ‎که‎ ‎در‎ ‎رودخانه‌­ها‎ ‎بنا‎ ‎شده­‌اند‌ به علت‎ ‎آبشستگی‎ ‎بوده است. برای تعیین عمق آبشستگی در مجاورت پایه نیاز به ‏شناخت کافی این پدیده و الگوی جریان اطراف آن بوده تا ‏با توجه به آن، روش مناسب برای تخمین عمق آبشستگی، ‏مشخص گردد.‏روش­: در پژوهش حاضر به موضوع الگو و رفتار جریان اطراف دو استوانه کنار‎ ‎هم با فواصل مختلف در قالب یک مطالعه عددی ‏پرداخته شده است. محاسبات عددی بر روی مش‌های مربعی که در نزدیکی استوانه‌ها به منظور تأمین لایه مرزی ریزتر و به ‏تدریج در فواصل دورتر درشت‌تر شده‌اند انجام شده است. در این مدلسازی دو فازی آب و هوا برای لحاظ نمودن اثر سطح آزاد، ‏از روش حجم سیال (‏VOF‏) استفاده شده است. در این مدلسازی بر اساس فرکانس تشکیل گردابه و عدد استروهال مدل ‏آشفتگی و اندازه مش بندی مناسب انتخاب شده است. پس از انتخاب مدل آشفتگی مناسب (‏‎ ‎مدل ‏RNG k-ε‏) به بررسی ‏مقادیر سرعت، مقادیر آشفتگی و تنش‌برشی بستر و مقایسه­ی آن با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شد. ‏یافته­ ها: مقایسه نتایج نشان می­دهد که مطابقت خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی وجود دارد. نتایج نشان می‌دهد که با کم شدن ‏فاصله بین استوانه‌ها مقادیر سرعت در مرکز استوانه افزایش پیدا کرده که بیشترین مقدار سرعت در ‏G/D‏ (نسبت فاصله لبه­‏های داخلی دو پایه به قطر پایه) برابر 5/1 اتفاق افتاده است در حالی‌که برای فواصل 5/1> ‏G/D‏ مقدار سرعت به دلیل حبس ‏شدگی جریان کاهش پیدا کرده است. در حالت دو استوانه کنار هم مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی بیشتر از مقادیر نزدیک ‏بستر است که نشان دهنده تأثیر بیشتر گردابه‌ها بر مقادیر آشفتگی می‌باشد. درحالی‌که در حالت تک استوانه مقادیر آشفتگی ‏نزدیک بستر بیشتر از مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی می‌باشد. که می‌تواند نشان دهنده تأثیر بیشتر بستر بر مقادیر آشفتگی ‏باشد. ‏نتیجه ­گیری: به لحاظ کمی و کیفی نتایج شبیه سازی عددی تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان می­دهد.‏‎ ‎در حالت دو استوانه کنار هم ‏مقادیر آشفتگی در ارتفاع میانی بیشتر از مقادیر نزدیک بستر است (بیشتر در قسمت کناره­ها و پایین دست پایه­ها)که نشان ‏دهنده تأثیر بیشتر گردابه‎­‎ها بر مقادیر آشفتگی می­باشد.‏