آنی پیپر
دانلود فایل‌های آموزشی دانش‌آموزی و دانشجویی
  2. پایان نامه
  3. پایان نامه مهندسی عمران
  4. پایان نامه شبیه سازی عددی پارامترهای هندسی - هیدرولیکی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی آزاد در حوضچه استغراق

پایان نامه شبیه سازی عددی پارامترهای هندسی - هیدرولیکی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی آزاد در حوضچه استغراق

تعداد صفحات: 222 فرمت فایل: word کد فایل: 10002137
سال: 1386 مقطع: مشخص نشده دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران
قیمت قدیم:۲۸,۸۰۰ تومان
قیمت: ۲۶,۷۰۰ تومان
دانلود فایل
کلمات کلیدی: Scouring - آبشستگی - آبشستگی پایین دست - انتقال رسوب - پارامترهای هندسی - هیدرولیکی - جت های ریزشی آزاد - سازه های ریزشی - سازه های هیدرولیکی - عمق پایاب
  • خلاصه
  • فهرست و منابع

  • خلاصه پایان نامه شبیه سازی عددی پارامترهای هندسی - هیدرولیکی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی آزاد در حوضچه استغراق

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد "M.Sc"

    مهندسی عمران - سازه های هیدرولیک

    چکیده   

    سازه های ریزشی آزاد به عنوان یکی از اقتصادی ترین روشهای استهلاک انرژی جریان ، در خروجی سازه های هیدرولیکی از اهمیت خاصی در مهندسی هیدرولیک برخوردار است اما همواره حفاظت بستر پایین دست و جلوگیری از فرسایش و وقوع آبشستگی بدلیل در معرض خطر قرارگرفتن پایداری سازه از مهمترین چالشهای بوده که محققین با آن مواجه بوده اند . قالب تحقیقات برای پیش بینی ابعاد حفره آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی آزاد بصورت آزمایشگاهی بوده است . لذا نیاز به بسط و توسعه مدلهای عددی برای کاهش هزینه ها و زمان در مدلسازی احساس می شد.  

    در این پایان نامه فرآیند آبشستگی در پایین دست جتهای ریزشی آزاد به روش عددی و با استفاده از مدل ریاضی   FLOW3D شبیه سازی شد و ابعاد حفره آبشستگی بدست آمد. . برای شبیه سازی آشفتگی جریان از مدل

    استانداردk-ε استفاده شد و به جهت افزایش دقت محاسبات در شبکه بندی میدان مسئله از دو بلوک مجزا و تودرتو (Inter-Block) یکی برای میدان جریان ناشی از ریزش جت و دیگری برای بررسی تغییرات رسوبات بستر استفادهگردید. 

    نتایج نشان می دهد مدل ریاضی FLOW 3D توانایی خوبی برای شبیه سازی آبشستگی دارد و بوضوح اثرجریانهای ثانویه در شکل گیری حفره آبشستگی را نشان می دهد. در مقایسه شبیه سازی 2بعدی و 3 بعدی فرآیندآبشستگی مشخص گردید، بدلیل عدم امکان شکل گیری جریانهای ثانویه عرضی در مدل 2 بعدی طول حفرهآبشستگی در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی بزگتر است و برآمدگی در پایین دست حفره نیز تشکیل نمی شود. 

     در این پژوهش مشخصا به بررسی اثر عمق پایاب بروی ابعاد حفره آبشستگی پرداخته شده است. نتایج نشانمیدهد با افزایش عمق پایاب ابعاد حفره (طول ،عرض،عمق ) آبشستگی افزایش می یابد . ابعا حفره آبشستگیزب دست آمده از مدل ریاضی FLOW 3D  در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی سایر محقیقین از تطابق نسبتا زیادیبرخوردار است . 

    مقدمه   

    آبشستگی ( Scouring ) پدیده ای است طبیعی که بشر از چندین قرن پیش موفق به کشف آن شده است . این

    پدیده فیزیکی یکی از مسائل اساسی و بنیادی در علم هیدرولیک است که محققین بسیاری در طی سالیان گذشتهبه تحقیق ، آزمایش و بررسی آن پرداخته اند. درطی فرآیند آبشستگی که وابسته به پارامترهای هندسی هیدرولیکی بوده که در اثر عبور جریان آب از روی دانه های رسوبی ویا برخورد به آن این ذرات شروع به حرکتکرده و همراه جریان به پایین دست منتقل شده و فرسایش بستر به مرور زمان بوجود  می آید . هرچند نوعآبشستگی که در هر یک از سازه های هیدرولیکی ممکن است پدید آید متفاوت است ولی فرآیند فوق تقریباً درتمامی آنها مشترک است . فرایند آبشستگی بسیار پیچیده بوده و درک آن احتیاج به دانستن و اشراف کامل به اصول مکانیک سیالات ،

    هیدرودینامیک جریان و هیدرولیک رسوب دارد . به طور کلی بررسی پدیده آبشستگی اندر کنش جریان و رسوب ازمباحث اساسی در تحلیل و پیش بینی میزان و مقدار آبشستگی در سازه های هیدرولیکی است .  بدلیل وجود این پیچیدگیها هرچند تحقیقات گسترده ای توسط دانشمندان و محققین علم هیدرولیک و رسوببصورت آزمایشگاهی ، تحلیل های عددی ، شبکه های عصبی و منطق فازی صورت گرفته است ولی هنوز به ارائه

    روابط کاملی که بتواند همه پارامترهای مؤثر در آبشستگی را در خود جای دهد منجر نشده است . بنابراین مطالعاتدر این زمینه همچنان تداوم دارد. نتایج آزمایش های صورت گرفته در فلوم ها با وجود مشکلات ناشی از مقیاسمدلهای هیدرولیکی و محدودیت های اندازه گیری پارامترهای مؤثر آبشستگی برخی معادلات تجربی بدست آمده

    که همگی مبین این است که فرآیند آبشستگی تابعی از زمان و مکان است . درک فرآیند و مکانیسم آبشستگی وپیشبینی هندسه نهایی گودال آبشستگی از این رو اهمیت دارد که حفاظت کامل بستر در مقابل  با صرف هزینههای گزاف ممکن می گردد . در برخی مواقع حفاظت کامل نیز ممکن نیست . بنابراین پیشبینی دقیق و نزدیک بهواقعیت عمق پیشینه و هندسه گودال آبشستگی می تواند باعث صرفه جویی در هزینه های اجرایی حفاظت بسترگردد .  

    جریانهای خروجی از سازه های هیدرولیکی با سرعت زیاد را می توان در مجموعه جتها طبقه بندی کرده وآبشستگی ناشی از آنها را تحت عنوان آبشستگی پایین دست جتها مورد بررسی قرار داد . تاکنون مطالعات متعددیبروی آبشستگی ناشی از انواع مختلف جت ( جتهای افقی ، قائم ، مایل پرتابی ) صورت گرفته است که هر یک ازانواع آن تحت شرایط جتهای آزاد و مستغرق مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند و روابطی تجربی نیز توسط هریک از محققین ارائه گردیده است . هیچ یک از روابط بطور کامل نمی توانند جزئیات فرآیند آبشستگی را تحت یکرابطه ریاضی مدل کنند و هنوز نیاز به تحقیقات بیشتر احساس می شود .  

    به دنبال تحقیقات آزمایشگاهی آبشستگی انجام شده تعدادی از محققین به بررسی آبشستگی بصورت حل عددی

    معادلات حاکم بر آشفتگی جریان و انتقال رسوب پرداخته اند که می توان    (1993- Ushijima et.al.)     

        و صالحی نیشابوری و همکاران ( Heffmans & and Boaj -1992) و (Olsen and Melauen -1993),    . نام برد

    پیش بینی عمق بیشینه گودال آبشستگی و تخمین پروفیل نهایی بستر بوسیله ساخت فلوم ها و مدلهای هیدرولیک

    در آزمایشگاهها اگر چه می تواند منطقی برسد ولی ساختن مدلهای آزمایشگاهی مستلزم صرف وقت و هزینه های

    زیادی است و در ضمن نمی توان نتایج حاصل از آزمایشات را به راحتی برای شرایط واقعی تعمیم داد. بنابراین لزوموجود مدل های عددی که بتواند از طریق گسسته سازی معادلات حاکم بر میدان جریان و رسوب و اعمال یکسری فرضیات ساده کننده مسئله روابط پیچیده حاکم بر پدیده آبشستگی را به معادلات ساده تر و قابل حل تبدیلکند ، بوضوح احساس می شود .  

     

    فصل اول  

    ((کلیات و مفاهیم اساسی آبشستگی))

     

    1-1 تاریخچه علم هیدرولیک و رسوب  

    در حدود چهار هزار سال بیش از میلاد مسیح علم هیدرولیک در کشور چین مورد توجه قرار گرفت و همزمان با آن

    نخستین پیشرفتها در دانش رسوبات رودخانه ای شکل گرفت[2]  . در تمدنهای کهن دیگری چون مصریان و بابلیان

    نیز به گواه باستانشناسی های اخیر کارهایی در زمینه انتقال آب صورت گرفته است . در اواسط قرن پانزدهم

    لئوناردو داوینچی (1519-1452 Leonardo davinci) نتایج مشاهدات خود را در کتابی تحت عنوان " بخاطر بسپار

    وقتی صحبت از آب است ، ابتدا انجام آزمایش سپس بحث " منتشر کرد . او اولین کسی بود که اصول اولیه ساخت

    مدلهای فیزیکی را یادآور شد. گالیله (1564-1642) نیز مطالعاتی در مورد حرکت آب داشته است وی معتقد بوده

    است که شناخت قوانین حاکم بر حرکت آب شاید از کشف رازهای حرکت ستارگان مشکل تر باشد .  

    دانشمندان دیگری از جمله هوک(1) ، دکارت(2) ، پاسکال(3) ، نیوتن(4)  ، گاستلی(5) ، توریسلی(6) ، ماریوتی(7) ،  

    پارنت (8) ، و نیز به پیشرفت علم هیدرولیک کمک کرده اند [2] .  

    شاید اولین کسی که در زمینه انتقال رسوب خصوصاً رسوبات رودخانه ای به مطالعه و تحقیق پرداخت دومینوکو

    گلیلمنی (1710- 1655Domenico Guglielmini  ) باشد[2] .  از ابتکارات او احداث دیوارههای ساحلی و اپی در بعضی از رودخانههای ایتالیا بود وی در کتاب خود با عنوان 

       " Naturede fumi " در سال 1697 بیان می دارد : 

    »برای گودشدن کف رودخانه لازم است نیروهایی که باعث فرسایش می شوند بیشتر از مقاومت زمین یا مصالح

    بستر رودخانه باشند زیرا در غیر این صورت ، به گونه ای که این دو تا با هم برابر باشند گودبرداری وجود نخواهد

    داشت ، بنابراین همیشه می توان گفت که در پروسه گود شدن رودخانه یا نیروی آب کاهش می یابد و یا مقاومت

    خاک افزایش می یابد تا اینکه نوعی حالت تعادل بوجود آید«[2] .  

    فریزی (1770-Frizi) با نوشتن دو کتاب به بررسی انتقال مواد رسوبی توسط جریان آب پرداخت در قرن 18 میلادی

    نیز معادله انرژی که توسط برنولی ارائه شد و همینطور معادلات لاگرانژ و اولر تحولی در این علم بوجود

     

     1- Hooke (1635-1702)    2- Descartes (1596-1650)    3- Pascal (1623-1662)   4-Newton (1643-1727)

      5- Gastelli     6- Toricelli        7- Mariotti     8- Parent

    آورد و این پیشرفت ها هیدرولیک را از حالت ریاضیات محض خارج نمود و بسوی کاربردی شدن پیش برد . 

     در فاصله زمانی (1718-1798) شزی (Chezy) دانشمند فرانسوی در طی مراحل طراحی کانال آبرسانی شهر

    پاریس توانست رابطه ساده ای برای جریانهای یکنواخت ارائه دهد که بسیار مورد توجه مهندسین علم هیدرولیک

    قرار گرفت و گامی بلند در راه پیشرفت آن برداشت و بعدا به افتخار خود ایشان نام فرمول شزی بر آن نهاده شد [2]  

    در اواخر قرن 18 میلادی یک مهندس فرانسوی به نام دوبوات (1734-1809Dubuat-) پایهگذار آزمایشهایی شد

    که این آزمایشات نام او را به عنوان بنیانگذار علم رسوب و آبشستگی در تاریخ هیدرولیک ثبت کرد . فعالیتهای وی

    منجر به نوشتن کتاب اصول هیدرولیک  گردید  که جلد دوم آن راجع به مسائل رسوب است[2]. 

    کندی (1895Kenndy-) نتایج مطالعات گسترده خود را در مورد کانالهای آبیاری در مقاله ای تحت عنوان »جلوگیری از رسوب گذاری در کانالهای آبیاری منتشر کرد او اولین کسی بود که اصول پایداری کانال ها را مطرح

    کرد و روابطی جهت طراحی کانالهایی که فرسایش داشته باشند و نه رسوب گذاری ، ارائه کرد . افراد دیگری  

    چون لیسی (1929-Lacey) اینگلس (Inglis) بلنچ (1966Blench-) مطالعات کندی را ادامه دادند که امروزه تحت عنوان "تئوری رژیم" مشهور است [2] . 

    در دهه های اخیر علم هیدرولیک و رسوب به مدد محققین این رشته پیشرفت گسترده ای کرده است . شیلدز در

    سال 1936 نخستین کسی بود که به طور سیستماتیک آستانه حرکت را مورد بررسی و مطالعه قرار داد وی با

    نموداری که ارائه داد ابزاری جهت استفاده طراحان فراهم آورد تا نسبت به پایداری کانالهای خاکی و رودخانه ای

    اظهار نظر نمایند[2]. 

    انیشتین( Einstien) در سال 1950 با تکمیل و ارائه رابطه خود برای محاسبه برآورد میزان بار رسوبی گامی جدید

    در پیشبرد تکنولوژی انتقال موارد رسوبی برداشت [2]. افراد متعدد دیگری هم از جمله اسکوکلیچ 

    (1932 Schoklitsch) شیلدز (1936 -Shields ) و یالین (1964-Yalin) و دوویاه (1953-Doddiah) که امروزه پایه گذاران مباحث فرسایش و محل رسوب شناخته می شوند به پیشبرد این علم کمک کرده اند. [2]. 

     

     

    2-1 مفهوم آستانه حرکت ذرات  

    یکی از اساسیترین مفاهیم در بحث انتقال رسوب آستانه حرکت ذرات (Incipient Motion) است . دانشمنداندریافته اند ارائه تعریفی هر چه دقیق تر از آستانه حرکت ذرات آنها را به ارائه تعریفی جامع از فرسایش و شروعفرآیند آبشستگی رهنمون خواهد ساخت . بهمین جهت گروهی معتقدند آستانه حرکت ذره زمانی است که شروعآن با چشم دیده شود و بعضی نیز معتقدند شروع حرکت ذره برابر مقدار جریانی است که مقدار حرکت مواد رسوبیدر پایین دست موضع فرسایش صفر یا در حد بسیار کم باشد[2]  . آنچه مسلم است وجود دو گروهی از نیروهاست

    که بر خاکدانه در اثر جریان آب وارد می گردد:  

    گروهی از نیروها که در مقابل حرکت ذره مقاومت کرده و مانع جدایی ذره از بستر می شوند.  

    گروهی از نیروها که سعی در جدا کردن ذره از بستر داشته و می خواهند آن را همراه جریان حرکت دهند[3].       

    در هر بستری که سیال از روی آن عبور می کنداحتمال بروز فرسایش وجود دارد در صورتیکه سرعت جریان سیالبیش از سرعت برشی ذرات باشد فرسایش رخ می دهداما معمولا افزایش سرعت جریان منوط به تغییرات رژیمجریان است که در اثر احداث یک سازه هیدرولیکی بوقوع می پیوندد.  

    حرکت یک ذره موقعی شروع می شود که نیروهای وارده توسط جریان سیال یعنی نیروی کشسانی و بالابرنده کهباعث جدا شدن ذره از بستر می شوند بر نیروهای مقاوم که غالباً وزن ذره و وضعیت استقرار آن است غالب آیند تاذره در وضعیت آستانه حرکت قرار گیرد[3] .  

    نیروی بالابرنده به دو دلیل ذیل ممکن است رخ دهد :  

    بدلیل تغییرات در نزدیکی کف (دیواره ) و ایجاد یک گرادیان فشار در بالا و پایین ذره که باعث می شود ذره ازجا کنده شده  و بوسیله جریان حمل شود .  

    به علت وجود جریان آشفته (جریانهای متلاطم موضعی) ممکن است سیال ذره را  باخود حمل کندبرابری نیرویوزن و نیروی بالابرنده می تواند ذره را در وضعیتی قرار دهد که با کوچکترین نیروی پیش برنده ذره حرکت کند

    بنابرآنچه شرح داده شد می توان گفت :  

    ((فرسایش از زمانی آغاز می شود که خاکدانه ها در آستانه حرکت قرار می گیرند و آستانه حرکت  

    لحظه ای است که حرکت خاکدانه ها پس از آن حداقل در یک بعد تداوم یابد بگونه ای که ذره متحرک

    نهایتاً به جای خود برنگردد))  

    اولین مقاله در سال 1936 پیرامون شروع ناپایداری خاکدانه ها با استفاده از نظر ورن کارمن (Von karman)  در

    مورد لایه مرزی توسط شیلدز(1936-Shildes) ارائه شده است وی با در نظر گرفتن پارامترهایی چون ، دانسته

    سیال ، دانسته مواد رسوبی ، ویسکوزیته دینامیکی (Eddy Viscosity) ، اندازه خاکدانه ها و تنش برشی بستر

    بیان کرد :  

    »زمانی که سرعت جریان عبور از روی مصالح غیرچسبنده ای به اندازه کافی افزایش یابد تکتک خاکدانه ها بطور تصادفی شروع به حرکت می کنند. وقوع ناپایداری بستر ناشی از اندرکنش در متغیر تصادفی می باشد. هر خاکدانه در سطح بستر را می توان بطور بالنده آماده پذیرش یک تنش برشی بحرانی

    لحظهای دانست. بدلیل تصادفی بودن شکل ، وزن ، اندازه و نحوه استقرار خاکدانه ها تنش برشی بحرانیلحظه ای یک متغیر تصادفی است که دارای توزیع احتمالی خواهد بود . همچنین تنش برشی لحظه ایبستر که توسط شرایط هیدرولیکی جریان معین  می گردد نیز یک متغیر تصادفی است خاکدانه ها درصورتی ناپایدار می گردند که تنش برشی لحظه ای از مقدار تنش برشی بحرانی لحظه ای تجاوز کند«[1]       

    تحقیقات نشان می دهد شروع حرکت و حمل مصالح غیرچسبنده بوسیله وزن مستغرق خاکدانه ها تعیین می شوند

    اما برای شروع حرکت مصالح چسبنده نیروی نسبتاً بزرگی برای شکستن توده های مصالح بستر لازم است و نیروینسبتاً کوچکی برای حمل ذرات به تعلیق در آمده ضرورت دارد در مرحله شروع فرسایش ، ذرات و توده های سستشده جدا می گردند و پس از تضعیف اتصال ، شسته خواهند شد این فرآیند باعث بوجود آمدن یک سطح زبر میگردد آنگاه نیروی بالابرنده و کشسانی بزرگتری در اثر افزایش اثر دینامیک و ارتعاش بر توده مصالح از طرف جریانوارد می گردد و در نتیجه اتصال بین توده ها تدریجاً نابود شده تا اینکه توده ها از سطح مصالح بریده شده و توسطجریان حمل می گردند [1] . با بسط مباحث تئوری در زمینه آستانه حرکت ذرات نیاز به ارائه روابطی ریاضی کهبتوان معیارهای هیدرولیکی و شرایط فیزیکی بستر را به گونه ای ملموس ارائه داد و از آن برای طراحی کانالهایپایدار و بررسی شرایط انتقال رسوب در رودخانه و مصبها استفاده کرد احساس می شد . لذا محققین نظریه هایخویش را بر اساس تئوری تنش برشی و سرعت بحرانی ارائه دادند .  

    در روابطی که براساس روش تنش برشی ارائه شده آستانه حرکت خاکدانه ها وقتی اتفاق می افتد که تنشبرشی وارد بر خاکدانه ها بیشتر از تنش برشی بحرانی باشد .  

     

     ABSTRACT

     

    Free falling structure is one of the economic way for flow dissipation in outlet of hydraulic structure and very important in hydraulic engineering. However, downstream bed protection and erosion prevention and scour occurring because of expose to stability danger are most challengeable that researchers have been faced. most of survives for prediction hole scour that resulting from free falling jet has been done in laboratory for this reason , its necessary to extend numerical models for decreasing expenses and time in modeling.

    In this thesis, scour process in downstream free falling jets is simulated numerical and by using Flow3D mathematical model and scour hole is obtained. For simulating turbulent k-ε, standard model is used and for increasing calculation, accuracy, in meshing of flow field, is used from two distant and interblock meshes. One for flow field that result from free falling jet and other for considering bed sediment is used. Result shoes that Flow3D mathematical model has a good ability for scour simulating and clearly shows secondary flow effect in scour process. By comparing 2D and 3D simulation defined scour process, because lack of possibility in width secondary flow formation in 2D model length of scour hole is bigger that laboratory results and hill in downstream of hole is not formed.

    In this survey, consider clearly to effect of tailwater on scour hole dimension.

    Result shows that by increasing tailwater, hole dimension (lenghth, width, depth) scour also is increasing. Scour hole dimension that obtained from Flow3D mathematical model in comparing with other researchers laboratory results has fairly more conform.  

  • فهرست و منابع پایان نامه شبیه سازی عددی پارامترهای هندسی - هیدرولیکی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی آزاد در حوضچه استغراق

    فهرست:

    عنوان مطالب                                                                                                              شماره صفحه  

     

    چکیده  .............................................................................................................................................................................      1     

    مقدمه  ..............................................................................................................................................................................      2 

      فصل اول: کلیات و مفاهیم اساسی آبشستگی ...............................................................................................      4         1-1)  تاریخچه علم هیدرولیک و رسوب    ..................................................................................................      5   

           2-1)  مفهوم آستانه حرکت ذرات   ...............................................................................................................      7     

           3-1 ) آبشستگی   ..............................................................................................................................................     10      

           1-3-1 ) آبشستگی عمومی     .......................................................................................................................     10       

           2-3-1) آبشستگی موضعی (محلی) ...............................................................................................................     11 

           3-3-1) مراحل مختلف آبشستگی  ................................................................................................................     14   

           1-3-4) مشکلات و خطرات ناشی از آبشستگی سازه های هیدرولیکی  ...............................................     15 

           1-4) آبشستگی ناشی از جتها  .......................................................................................................................     17    

           1-4-1) مقدمه  ..................................................................................................................................................     17     

           1-4-2)  تعریف جت و تقسیم بندی انواع آن ..............................................................................................     18 

           1-4-3) خصوصیات جت قائم و آبشستگی ناشی از آن ............................................................................      12 

           1-4-4) خصوصیات جت مایل و آبشستگی ناشی از آن  ..........................................................................     28     

           5-1) مروری بر مباحث تئوری آبشستگی ......................................................................................................    33  فصل دوم: مروری بر مطالعات صورت گرفته ...................................................................................................    73         1-2)  مقدمه  ....................................................................................................................................................     38    

           2-2 ) اثر شکل ابعاد جت ...............................................................................................................................     04 

           2-3 ) اثر زاویه برخورد جت  .........................................................................................................................     34 

           2- 4 ) اثر عمق پایاب  ......................................................................................................................................     64 

    5)   اثر ارتفاع ریزش جت  .........................................................................................................................     15 

           2-6 ) اثر اندازه دانه ها  .....................................................................................................................................     75 

           7-2)  اثر دبی جریان یا سرعت جت   ...........................................................................................................     16 

           8-2) اثر هوادهی ورودی به جت   ..................................................................................................................     56 

    فصل سوم : معادلات حاکم بر جریان سیال   ..................................................................................................     27         1-3)  مقدمه  ......................................................................................................................................................     73 

    معادلات  پیوستگی ................................................................................................................................     73 

    معادله اندازه حرکت  ..............................................................................................................................    74     

    معادله انرژی .............................................................................................................................................    57 

    معادلات کلی انتقال ................................................................................................................................    87 

    فصل چهارم : آشفتگی و مدلهای آشفتگی  ....................................................................................................    80 

    1-4) مقدمه ای بر آشفتگی جریان  .............................................................................................................     18 

    برخورد آماری با آشفتگی جریان .........................................................................................................    28 

    3-4)  مفاهیم اساسی در مدل کردن آشفتگی  ...........................................................................................    58 

    1-3-4) مفهوم لزجت گردابه ای (Eddy viscosity) ...........................................................................    85

    2-3-4)   مفهوم انتشار گردابه ای  (Eddy Diffusivity)     ...........................................................    68 

    4-4)  دسته بندی مدلهای انتقال آشفتگی  .................................................................................................    68 

    1-4-4) مدلهای صفر معادله ای یا جبری  ..................................................................................................    87

    4-4-2)  مدلهای تک معادله ای  ....................................................................................................................   88 

    4-4-3 ) مدل دو معادله ای .............................................................................................................................   98 

     

    مدل استاندارد   k- ε .................................................................................................................    19  

    روش قانون دیواره (Wall Function) برای اعداد رینولدز بالا ........................................   29 

    مدل k -ε برای اعداد رینولدز پایین  ......................................................................................    49 

    4-4-4)  مدلهای چند معادله ای ....................................................................................................................    95       

    4-5 )    ارزیابی مدلهای آشفتگی ...................................................................................................................    89 

    فصل پنجم:  روش حل عددی ..............................................................................................................................    100 

    ) مقدمه ........................................................................................................................................................    101 

    )  روش حجم محدود  ..............................................................................................................................    102                   

    5 -2-1)  معادلات نفوذ دائم ............................................................................................................................    104     

    5-2-2 ) معادلات نفوذ -جابجایی دائم  .........................................................................................................    107    

    5-2-1)  طرح اختلاف مرکزی   ......................................................................................................................    109        

     5-2-2-2)  طرح اختلاف بالادست یا روش آپویند  ..................................................................................    110            

     5-2-2-3 ) طرح توان –پیرو  ........................................................................................................................     112    

    5-2-2-4 ) طرح اختلاف بالادست مرتبه دوم (کوئک)  ............................................................................    113 

    5-2-3)  معادلات نفوذ -جابجایی غیردائم (گذرا) ........................................................................................    116 

         118    .................................................................................. (Forward- Euler) روش اولر پیشرو  (1-3-2-5

    118          ..................................................................  (Crank-Nicolson) روش کرانک نیکولسون ( 2-3-2-5

    3-3-2-5)  روش اسدریک (Sdrik)  ............................................................................................................     118    

    4-3-2-5)  روش فرس (Frace)   .................................................................................................................    119  

    119          ...............................................................................................  (Vosoughifar) روش وثوقی ( 5-3-2-5

     

      123    ..................................................................................   (Fully Implicit) روش کاملا ضمنی (6-3-2-5

    3-5)  الگوریتمهای حل توام فشار-سرعت .......................................................................................................   125     

    5-3-1 ) الگوریتم SIMPLE ..........................................................................................................................    126 

    5-3-2 ) الگوریتم GMRES ...........................................................................................................................   127 

    فصل ششم  :   نرم افزار FLOW-3D  .........................................................................................................    132 

    6-1 ) مقدمه   ........................................................................................................................................................    133 

    2-6)  مدل آزمایشگاهی   ...................................................................................................................................     134 

    3-6)  شبیه سازی عددی  ..................................................................................................................................     137

    138          ...................................................................................................................................  Global  منوی (1-3-6

    139          ...............................................................................................................................   Physics منوی  (2-3-6

    140          .........................................................................................................  Sediment Scour  مدل (1-2-3-6

    6-3-2-2) مدل آشفتگی جریان  ......................................................................................................................     146   

    147           ...................................................................................................................................  Fluid   منوی  ( 3-3-6

    148           .....................................................................................   Meshing and Geometry  منوی   (4-3-6

      150    ..................................................................................  Boundary Condition  شرایط مرزی  ( 5-3-6

     153     .......................................................................................................................  Numericis  منوی  ( 6-3-6

    6-3-7 )  منوی  Simulation  .....................................................................................................................      156 فصل هفتم:   نتایج بدست آمده و تجزیه و تحلیل آن  .............................................................................    157 

    7-1) مقدمه    ........................................................................................................................................................    158 

    7-2 ) تجزیه و تحلیل  شبیه سازی جت ریزشی  .........................................................................................     159 

     

    7-3 ) تجزیه تحلیل و شبیه سازی 2 بعدی آبشستگی  ...............................................................................    165 

    7-4) تجزیه و تحلیل  شبیه سازی 3 بعدی آبشستگی  ................................................................................   170    

    17-4-)  بررسی ابعاد حفره آبشستگی   ...........................................................................................................   175  

    2-4-7)  بررسی توزیع سرعت در مقاطع عرضی ( بردارهای جریان ثانویه )  .........................................   181  فصل هشتم :  نتیجه گیری و پیشنهادات   ....................................................................................................   191 

    1-8)  نتیجه گیری ..............................................................................................................................................    192   

    2-8)   پیشنهادات  ...............................................................................................................................................   194   

       منابع و ماخذ

     فهرست منابع فارسی

     فهرست منابع لاتین

    چکیده انگلیسی                                                                                                                       200           

    منبع:

    بیات ،حبیب اﷲ  " اندرکنش سازه های آبی و فرسایش " ، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر، 1379  

    شفاعی بجستان ، محمود ، " هیدرولیک رسوب "، انتشارات دانشگاه شهید چمران ، 1373 

    درنا تاج کریمی  ، " تحلیل آبشستگی بستر ناشی از جتهای ریزشی و کاربرد شبکه عصبی مصنوعی در آن " پایان نامه کارشناسی

    ارشد ، دانشگاه تربیت مدرس ، دانشکده فنی مهندسی   ،  

    حمیدرضا وثوقی فر،"حل عددی کمی-کیفی آب در محیطهای متخلخل به روش حجم محدود" ، رساله دکتری استاد راهنما دکتر

    ابولفضل شمسایی، (1382) 

    شجاعی فرد – نورپور هشترودی ، " مقدمه ای بر دینامیک سیالات محاسباتی " انتشارات دانشگاه علم وصنعت ایران ، 1379  

    مهرابیان ، مظفر علی " دینامیک سیالات محاسباتی اصول و کاربردها" ،انتشارات دانشگاه شهید باهنر کرمان ،چاپ اول 1380 

    محبوبی ابراهیم " اثر قطر مصالح بر میزان آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی آزاد " پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه علم و

    صنعت ، دانشکده فنی و مهندسی ، 1375  

    آذر فرانبه ، اردشیر " اثر دانه بندی مصالح بر میزان آبشستگی پایین دست سریزهای ریزشی آزاد " پایان نامه کارشناسی ارشد ،

    دانشگاه تربیت مدرس ، دانشکده فنی و مهندسی، 1384 

    9 -  سعیدی نژاد ، محمد رضا " تحلیل آبشستگی در پایین دست جتهای ریزشی مستطیلی شکل " پایان نامه کارشناسی ارشد ،تربیت

    مدرس ،دانشکده فنی مهندسی ، 1384 

    01- عظیمی ،عزیز "حل عددی جریان آشفته بوسیله روش عددی حجم محدود" پایان نامه کارشناسی ارشد، مرکز اطلاعات و مدارک

    علمی ایران ،شماره مدرک  TH 04452

    11- منتظری هدش،علی "حل عددی جریان مغشوش با استفاده از روش چند شبکه ای " ،پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه شیراز

    1377، مرکز اطلاعات و مدارک علمی ایران شماره مدرک TH 22847

    21- مهدوی زاده ، امیر حسین " بررسی تأثیر پارامترهای هندسی-  هیدرولیکی بر آبشستگی پایین دست جت های ریزشی با هدف

    تعمیم رابطه (DOT)" ، پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه آزاد تهران جنوب ، 1386    

     

    Breusers, H.N.C., 1966," conformity and time scale in two - dimensional local scour,” Proc,

    Symposium on model and prototype conformity: 1-8, hydraulic research laboratory , Poona (also delft hydraulics , delft, publication 40) 

    Dietz, J.W., 1969, kolkbildung in feinenoder leichten sohl materialien bei stromendem Ab flub 

    Hoffmans G.J.C.M., 1992, “Two - Dimensional Mathematical Modeling of local - Scour Holes”, Doctoral Thesis, Faculty Civil Engineering, Hydraulic and Geotechnical Engineering Division, Delft university of technology Delft.

    Hoffmans G.J.C.M., 1998, “Jet Scour in Equilibrium Phase“Journal of Hydraulic Engineering, April 1998

    Delft Hydraulics, 1996, Case “Gravity Based Structure”, Report Q2225, Delft Hydraulic, Delft

    Hoffmans G.J.C.M.,1993. “A hydraulic and morphological criterion for upstream slopes in local -scour “, report W-DWW-93-255, Ministry of Transport, Public works and water

    Management, Road and Hydraulic Engineering Division, Delft 

    Hoffmans G.J.C.M and K.W.Pilarczyk, 1995 “local scour downstream of Hydraulic Structures

    “Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 121(4), 326-340

    Sopdat - B. Huang, “Numerical Flow and Heat Transfer Under Impinging Jet “

    J.M.F.Vickers “Heat Transfer Coefficient between Fluid jets and Normal Surfaces “Ind. Eng .chem, Vol 5. No.8, pp 967-972, 1959 

    22- Johnston A.J. “An Experimental Study of Shallow Submerged Turbulent Jets “Ph.D. thesis university of Liverpool, 1978 

    Karim Ali K.H.M. “Prediction of flow patterns in local scour holes caused by turbulent water jets “ Journal of Hydraulic Research Vol 38 ,2000, No.4 

    Mazurek K.A., Rajaratnam, N.Sego D.C “Scour of a Cohesive Soil by Submerged Plane

    Turbulent Wall Jets” Journal of Hydraulic Research Vol. 41, No.2, 2003, 195-206

    Ervin .D.A, 1997, “Pressure Flections on Plunge Pool Floors “, Journal of Hydraulic Research, VOL 35, 1997, No.2, pp 257-279 

    Horeni,P, 1956 “ Disintegration of a Free Jet of Water in Air “ Byzkummy ustar    vodoho spodarsky prace a studie , sesit93 , praha, pokbaba.

    Aderibigbe and Rajaratnam, 1996 " Erosion of lose beds by Submerged Circular impinging vertical turbulent jets " Journal of Hydraulic Research No1, PP 19-33 

    PEIQING.Liu, 2005,”A New Method for Calculating Depth of Scour Pit Caused by Overflow Water Jets "Journal of Hydraulic Research Vol.43, No.6, PP.696-702

    O.R.Stein and P.Y.julien, 1994  " Sediment Concentration below Free Overfall“, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.20, No.9, September 1994, PP .1043-1059 

    30-Laursen E.M. 1952 " Observation on the nature of scour " Proc, 5th Hydr.conf .studios in

    Engineering, Bull, 34, University of Iowa, Iowa, city, Iowa, 179-197

    Lim .S.Y “Local Scour Caused by Submerged jets” PhD Thesis Liverpool univ (1986)

    Nikhassan N.M.K.B “Erosion at alluvial bed down Stream of a Sluice gate” PhD Thesis University of Momeheyter 1985.

    33-Breusers  H.N.C and Raudkivi  A.J “ Scouring hydraulic structures design manual”  volume 2, Balkema, Rotterdam, (1991) 

    Abt.S.R , Ruff J.F ,Doehring .F.K., and Domnnell .C.A , “ Influence Of Culvert Shape on outlet scour “  Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.113, No.3  PP 393-400, 1987 

    Donnell, C.A, Abt, S.R, “Culvert Shape Effect of Localized Scour “Hydr.Engineering publication, Colorado state univ .CER82-83CAD-SRA42, 1983

    Chen,Y.H., " Scour at outlets of box culvert " M.S. Thesis , Colorado state university , Fort colins , colo 1970

    Pagliara .S, HagerW.H. , Hans -Ervin Miner, 2006 "Hydraulic of plane plunge pool scour " Journal of Hydraulic Engineering, Vol.132, No.5 May 2006

    Amanian, 1993," Scouring below fillip bucket spillway “PhD. Dissertation Utah. Stat university 

    Meilan, Q.i, Fujisak,K. and Tanaka ,k. " Sediment re-suspension by turbulent jet in an intake pand "  Journal of Hydraulic Research ,Vol.38, No.5 ,PP 323-330,2000

    Abida, H.,Townsend ,R.D." Local scour downstream of box-culvert outlets “Journal of

    Irrigation and Drainage Engineering Vol.117, No.3, PP 425-440, 1991

    Ghodsian and Melvill and Coleman "Scour Caused by Rectangular Impinging Jet in Cohesive less Beds” Proceeding Third International Conference On Scour and Erosion .Amsterdam The Netherlands, November 1-3, 2006

    Beltaos S. and Rajaratnam N. “Plane Turbulent Impinging Jets" Journal of Hydraulic Research, Vol.11, No.1, PP 29-59-1973 

    -34 Kobus and Westrich " Flow Field and Scouring Effects of Steady and Pulsating Jets Impinging on Movable Bed “Journal of Hydraulic Research ,Vol.34 , No.5 ,PP 175-192,1979

    44-Rajaratnam,N.  " Erosion by Plane Turbulent Jets " Journal of Hydraulic Research ,Vol.19, No.4

    ,PP 339-358,1981

    Blasidell F.W. and Anderson C.L “A Comprehensive Generalized Study of Scour at

    Cantilevered Pipe Outlets " Journal of Hydraulic Research ,Vol.26 , No.5 , PP 509-524,1988

    Doehring.F., and Abt, S.R." Drop Height in Flounce an Outlet Scour "Journal of Hydraulic

    Engineering, Vol.120, No.12, and PP 1470-1476, 1994

    Aderibigbe O.O, and Rajaratnam .N. "Erosion of Lose Beds By Submerged Circular Impinging

    Vertical Turbulent Jets” Journal of Hydraulic Research, Vol.34, No.1, PP 19-33, 1996

    Ojha, C.S.P "Outlet Scour Modeling For Drop Height Influence “ Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.125 , No.1 , PP 83-85,1999

    Ghodsian, M “Scour Hole Geometry Downstream Of Culvert " 13th APD-IAHR Conference Singapore August 2002 

    Abt S.R, Kloberdanz R.L. and Mendoze C. “Unified Culvert Scour Determination   " Journal of

    Hydraulic Engineering ,Vol.110, No.10  PP 1363-1367 ,1984 

    51-Weilin Xu, and Jun Denge, and Jing Xue Qu, and Shanjun Liu, and Wei Wang,

    2004,"Experimental Investigation on Influence of Aeration on Plane Jet Scour” Journal of

    Hydraulic Engineering, Vol.130, No.2, February 2004

    Johnson .G. (1976), “The Effect of Entertained Air on the Scouring Capacity of Water “Proc. 12th IAHR Congress Fort Collins, colo.3 (c26), 1-9

    Ervin, D.A., 1976, "The Entrainment of Air in Water “International Water Power and Dam Construction, PP 27-30, December  

    Mason, P.J. 1989 " Effect of Air Entrainment on Plunge Pool  "Journal of Hydraulic Engineering, Vol.115, No.3 PP 385-399

    Stefano Canepa and Willi H.Hager, 2003, “Effect of Jet Air Content on Plunge Pool Scour”

    Journal of Hydraulic Engineering, Vol.129, and No.5 May 2003 

    56-Erik Bollaert, Anton Schleiss, 2003,” Scour of Rock Due To The Impact of Plunging High

    Velocity Jets Part I: A state –of-Art Review “ , Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.41, No.5  PP 451-464

    57-Flow Science, Inc “Flow-3D User Manual” Copyright 2006

    James Brethour,”Modeling Sediment Scour”, Flow Science, Inc, FSI-03-TN62, www.flow3d.com

    G.F.Yao “Development of New Pressure-Velocity Solvers in FLOW-3D” Flow Science, Inc, FSI-04-TN68, www.flow3d.com

    C.W. Hirt, “Modeling Turbulent Entrainment of Air at a Free Surface” Flow Science, Inc, FSI03-TN61, www.flow3d.com

مطالب مرتبط با این موضوع:
تعداد صفحه: ۱۶۲ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“ مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی چکیده : پیش بینی آبشستگی ناشی از سازه های هیدرولیکی یکی از مسائل مهم در علم هیدرولیک می باشد. تا کنون مطالعات متعددی در این زمینه انجام شده اما با توجه به پیچیدگی این مسئله بدلیل اثر توام آب و رسوب عرصه برای مطالعات در این زمینه بسیار زیاد است . در این تحقیق به بررسی پارامتر های مختلف چون ارتفاع ...

تعداد صفحه: ۱۳۱ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc” مهندسی عمران -سازه های هیدرولیکی چکیده: در سال هی اخیر با افزایش روند رو به رشد احداث سدهای بلند و بالارفتن استاندارد ایمنی سدها علاقه عمومی مهندسین هیدرولیک نسبت به طراحی یک سیستم استهلاک انرژی اقتصادی و مطمئن در پایانه مجاری اصلی تخلیه سیلاب سدهای بلند،افزایش یافته است .استفاده از جت های پرتابی آزاد در سازه های پرتاب کننده جامی ...

تعداد صفحه: ۱۴۰ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc” مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی چکیده جت های ریزشی در اثر عبور آب روی سازه های هیدرولیکی (سازه هایی چون سرریز وکالورت ) بوجود می آیند. محل برخورد جت با بستر به یک کاهنده انرژی جریان تبدیل شده و حفره آبشستگی شکل می گیرد. این پدیده باعث ناپایداری کل یا قسمتی از سازه می شود. فرآیند آبشستگی در خروجی کالورت به عوامل متعددی چون جنس ...

تعداد صفحه: ۱۳۶ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد” M.sc “ مهندسی عمران -سازه های هیدرولیکی چکیده : پدیده آبشستگی یک جریان دو فاز ی شامل آب و رسوب م ی باشد که به روش نظر ی کمتر مورد برر سی و تحلیل قرار گرفته است و عموماً از مطالعات صحرایی یا آزمایشگاه ی برا ی شبیه سازی شرایط خاص استفاده شده است . درک و استنباط از فرایند های فیزیکی و مدل کردن حرکت آب و رسوب در رودخانه ها , مصب ها و سواحل ...

تعداد صفحه: ۱۷۱ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

چکیده : آبشستگی موضعی دراطراف پایه پل ها همواره به عنوان یک مشکل بویژه در زمان وقوع سیلاب ها در رودخانه ها مطرح بوده است . این پدیده باعث ایجاد یک حفره در مجاورت پایه پل شده و در صورت عدم طراحی مناسب با توسعه ی عمق این حفره و رسیدن آن به تراز پی پایه پل سازه پل در آستانه انهدام قرار می گیرد. انهدام سازه پل در هنگام وقوع جریان های سیلابی علاوه بر هزینه های مستقیم ، هزینه های غیر ...

تعداد صفحه: ۳۷۶ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“ مهندسی عمران - گرایش سازه های هیدرولیکی چکیده : شبیه سازی عددی هیدرولیکی - هندسی آبشستگی در پایه پل های بتنی (مطالعه موردی) آبشستگی موضعی دراطراف پایه پل ها همواره به عنوان یک مشکل بویژه در زمان وقوع سیلاب ها در رودخانه ها مطرح بوده است . این پدیده باعث ایجاد یک حفره در مجاورت پایه پل شده و در صورت عدم طراحی مناسب با توسعه ی عمق ...

تعداد صفحه: ۱۳۸ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“ مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی چکیده : یکی از مهمترین عوامل در شبکه های آبیاری که تأثیر تعیین کننده ای بر عملکرد هیدرولیکی کانال و سازه های وابسته دارد، وجود جریان های غیرماندگار است . وجود جریان های غیرماندگار باعث تغییرات دبی و عمق در زمان و مکان در سرتاسر شبکه و سازه های آبی موجود خواهد شد که تبعات گسترده هیدرولیکی در شبکه ...

تعداد صفحه: ۱۶۰ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد ”M.Sc“ مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی چکیده استهلا ک انرژی پایین دست سرریز سدهای بزرگ مسئله ای جدی است .جریان آبی که از تاج سرریز به سمت پایین جریان می یابد مشخصه های هیدرولیکی زیادی دارد که از آن جمله می توان به حرکت جریان روی سرریز، انتقال از حالت فوق بحرانی به زیر بحرانی ، پرش هیدرولیکی و انتقال از جریان زیر بحرانی به تراز نرمال ...

تعداد صفحه: ۲۵۵ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد”M.Sc“ سازه های هیدرولیکی – مهندسی عمران چکیده: برآورد رسوب و تعیین رابطه ای که بتواند دقیق ترین برآورد را داشته باشد همواره یکی از مهم ترین مسایل در زمینه مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی، برای مدیریت بهتر منابع آب و آبهای ذخیره شده در مخازن سدها بوده است .برای تعیین رابطه مناسب در هر منطقه باید شرایط منطقه مورد مطالعه را با شرایطی که هر ...

تعداد صفحه: ۱۵۸ دسته بندی: پایان نامه مهندسی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc” مهندسی عمران – سازه های هیدرولیکی چکیده: در حین سیلاب های بزرگ رسوبات درشت دانه رودخانه ها که در مواقع عادی امکان حمل آنهاوجود ندارد حرکت بسمت پایین دست را آغاز می کنند . یکی از عوامل مهم این حرکت بالا بودن آبدهیرودخانه ها و سرعت جریان آنها است ، بنابراین با اندازه گیری قطر رسوبات بجای مانده در رودخانه هامیتوان حداکثر دبی رخ داده ...

ثبت سفارش
عنوان محصول
قیمت