شبیه سازی عددی خصوصیات جرین در شیب شکن های مستطیلی قائم و مایل با استفاده از مدل آشفتگی k-ε (RNG)

شیب شکن های مستطیلی از سازه های موثر در کنترل جریان و استهلاک انرژی در کانال های آبیاری و زهکشی به شمار می روند. این سازه ها با تغییر شیب کانال از حالت تند به ملایم، از طریق قرار گرفتن در امتداد مسیر جریان، سرعت بیشینه و فرسایش ناشی از آن را مهار می کنند. از منظر هندسی، شیب شکن ها به سه گروه لوله ای، قائم و مایل مستطیلی طبقه بندی می شوند و هدف اصلی در ساخت آن ها، استهلاک انرژی مازاد جریان است. در این پژوهش، ۳۶ مدل عددی از شیب شکن های قائم و مایل با ارتفاع ها و دبی های مختلف شبیه سازی شد و نتایج با داده های آزمایشگاهی موجود مقایسه گردید. پارامترهای جریان شامل عمق اولیه در حوضچه آرامش، طول پرش هیدرولیکی، توزیع سرعت، الگوی جریان، عمق آب و میزان افت انرژی بودند. همچنین، اثر زاویه شیب و ارتفاع پله بر رفتار جریان و استهلاک انرژی به طور دقیق تحلیل شد. نوآوری پژوهش حاضر در شبیه سازی همزمان ۳۶ مدل عددی از شیب شکن های قائم و مایل با استفاده از مدل آشفتگیk-ε (RNG) و روش VOF، بررسی روندهای نسبی تغییرات جریان و اتلاف انرژی، و اعتبارسنجی دقیق با داده های آزمایشگاهی نهفته است. نتایج نشان داد که مدل آشفتگیk-ε (RNG) در پیش بینی جریان های آشفته بر روی شیب شکن ها کارایی بالاتری دارد و قادر است الگوی جریان و استهلاک انرژی را با دقت قابل قبولی شبیه سازی کند. در شیب شکن های مایل، به دلیل توزیع یکنواخت تر سرعت اتلاف انرژی کمتر است؛ در مقابل، در شیب شکن های قائم، تشکیل گردابه های قوی تر در ناحیه ریزش جریان به حوضچه آرامش، منجر به استهلاک انرژی بیشتری می شود.

کلیدواژه ها:

استهلاک انرژی ، شبیه سازی عددی ، شیب شکن قائم ، شیب شکن مایل ، مدل آشفتگی