مطالعه عددی جریان آشفته و فرآیندهای مؤثر بر آبشستگی حول آبشکن مستقیم با بستر صلب

Abstract

در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک جریان و نقش ساختار‌‌های منسجم جریان در فرآیند آبشستگی در اطراف یک آبشکن قائم واقع در کانالی مستقیم و در شرایط شروع آبشستگی (بستر مسطح)، پرداخته شده است. به این منظور از روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ (LES) برای جریانی با مقدار نسبتاً کم عدد رینولدز استفاده شده است (18000=Re). جریان ورودی کاملاً آشفته و حاوی نوسانات آشفته است. پس از تصویرسازی جریان، مشاهده شد که شدت ساختار گردابه گردنبندی نعل اسبی (HV) در مقاطع اطراف نوک آبشکن به حداکثر میزان خود می‌رسد. در این ناحیه هسته گردابه گردنبندی بین دو حالت مختلف نوسان ‌می‌کند. در یکی از آن‌ها (مود جریان صفر)، گردابه گردنبندی به آبشکن نزدیکتر شده و جت جریان در زیر آن ضعیف ‌می‌شود. در حالت دیگر (مود برگشت جریان)، جت نزدیک به بستر، گردابه گردنبندی را به دور از آبشکن منتقل ‌می‌کند. بنابراین توزیع انرژی جنبشی آشفته و نوسانات فشار در این محل شکلی دو قله‌‌ای ‌می‌گیرند. بیشترین مقادیر تنش برشی بستر در ناحیه شتاب گیری جریان در نزدیکی نوک آبشکن و در زیر قسمت بالادست لایه برشی منفصل (DSL) مشاهده ‌می‌شوند. انتهای گردابه نعل اسبی گاهی با لوله‌های گردابی افشانده شده در DSL و با نوک آبشکن اندرکنش ‌می‌کند. برخی از گردابه‌های افشانده شده در DSL نیز به صورت تصادفی با یکدیگر یا با گردابه‌های ناحیه بازچرخش در پشت آبشکن اندرکنش ‌می‌کنند. این مسئله نیز منجر به ازدیاد تنش برشی بستر در طول مسیر آن‌ها ‌می‌شود.