مدل سازی عددی - آزمایشگاهی هیدرولیک جریان تحت تاثیر سازه بافل مرکزی در مجاری روباز با استفاده از نرم افزار OpenFOAM

در این پژوهش، اثر انسداد ناشی از بافل مرکزی بر رفتار هیدرولیکی جریان در دو نوع کانال روباز با مقطع مستطیلی ساده و مرکب به صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. نوآوری این مطالعه در تحلیل هم زمان اثر هندسه مرکب کانال و حضور بافل مرکزی بر الگوی توزیع تنش برشی، هیدرولیک جریان و استهلاک انرژی، با استفاده از مدل سازی سه بعدی در نرم افزار OpenFOAM با استفاده از حلگر interFOAM و مدل آشفتگی k–ω SST است. نتایج نشان داد که ترکیب هندسه مرکب و بافل مرکزی موجب کاهش نیروی درگ و افزایش نرخ استهلاک انرژی نسبت به کانال ساده می شود. نرخ استهلاک انرژی در کانال مرکب حدود ۷۵ درصد و در کانال ساده حدود ۳۳ درصد برآورد شد که ناشی از هم افزایی هندسه مرکب و بافل در تولید گردابه های بزرگ و تغییرات ناگهانی سرعت و فشار است. تحلیل پروفیل عمق و سرعت نشان داد که عمق اولیه در کانال مرکب حدود ۱۴/۰ متر و در کانال ساده حدود ۱۳/۰متر است و سازه بافل موجب ایجاد اتلاف هدفمند انرژی در ناحیه پس از خود می شود. همچنین در کانال مرکب، بازتوزیع تنش برشی و شکل گیری نواحی جریان کم سرعت در پایین دست سازه مشاهده شد که بیانگر کارایی بیشتر این آرایش در کنترل انرژی جریان است. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان داد که مدل RANS به کاررفته توانایی بالایی در بازتولید مشخصات جریان دارد. یافته های این پژوهش می تواند در طراحی سازه های کنترل انرژی، حفاظت بستر و بهینه سازی مقاطع مرکب در کانال های روباز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

اثر انسداد ، استهلاک انرژی ، سازه بافل مرکزی ، مجاری روباز ، هیدرولیک جریان ، نرم افزار OpenFoam