مقایسه مدل های دو سیالی و حجم سیال در شبیه سازی عددی جریان دوفازی سرریزهای پلکانی در شرایط باهوادهی و بدون هوادهی

سرریز یک سازه هیدرولیکی است که جهت تخلیه آب اضافی پشت سد استفاده می شود تا از رسیدن آسیب به سد و فرسایش پایین دست جلوگیری شود. در مقاله حاضر جریان دوفازی آب و هوا روی سرریز پلکانی شبیه سازی شده است. به منظور شبیه سازی عددی از دو نوع مدل حجم سیال (VOF) و مدل دو سیالی استفاده شده است و نتایج حاصل از این دو مدل با یکدیگر مقایسه شده اند. مطالعه تاثیر هوادهی در سرریز پلکانی، در دو هندسه مختلف بررسی شد. در هندسه اول هیچگونه مکش هوا از طریق پلکان انجام نمی گیرد. در هندسه دوم با تعبیه حفره هایی در لبه بالایی پله ها و قرار دادن فشار برابر با فشار اتمسفر برای این نواحی، مکش هوا و تاثیر آن بر توزیع جریان بر روی سرریز محاسبه و مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان می دهد در دبی های کم جریان، مدل VOF نسبت به مدل دو سیالی نتایج دقیق تری ارائه می-دهد. در شرایطی که هوادهی در نظر گرفته شود به دلیل اختلاط فازهای آب و هوا، این مدل به خوبی مدل دو سیالی، قادر به شبیه سازی جریان سیال نمی باشد و خطای محاسبات زیاد است. به عبارت دیگر در حالت هوادهی، مدل دو سیالی به واسطه حل معادلات برای هر دو فاز، مدلی مناسب برای شبیه سازی جریان می باشد. نتایج حل عددی حاضر با مقادیر تجربی دیگر محققین مقایسه شده و مشخص گردید مدل عددی دو سیالی با خطایی کمتر از ۱۰% قادر به پیش بینی میزان افت انرژی کل جریان در اثر عبور از سرریز پلکانی در مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده تجربی می باشد.

کلیدواژه ها:

Aeration Stepped Spillway ، Numerical simulation ، Two Phase Flow ، Two Fluid Model ، Volume of Fluid Model (VOF) ، هوادهی سرریز پلکانی ، مدل سازی عددی ، جریان دوفازی ، مدل دو سیالی ، مدل حجم سیال (VOF)