مدل سازی الگوی جریان در سرریزهای نوک اردکی تحت شرایط جریان آزاد و مستغرق با استفاده از FLOW-۳D

سرریزها از متداول ترین و ساده ترین سازه های اندازه گیری و تنظیم جریان هستند که در امتداد محور کانال و عمود بر جهت جریان نصب می شوند. سرریز نوک اردکی نوعی سرریز با مقطع افقی ذوزنقه ای است که با افزایش طول موثر تاج نسبت به عرض کانال، ظرفیت عبور جریان را افزایش می دهد. در این پژوهش، میدان جریان سه بعدی روی سرریزهای نوک اردکی با زوایای مرکزی ۱۵، ۳۰، ۴۵، ۶۰ و ۷۵ درجه نسبت به محور کانال، با استفاده از نرم افزار FLOW-۳D و در دو شرایط جریان آزاد و مستغرق به صورت عددی بررسی شد. صحت سنجی مدل عددی با داده های آزمایشگاهی نشان داد که روند و مقدار دبی محاسبه شده با میانگین خطای ۲.۸ درصد، تطابق خوبی با مقادیر اندازه گیری شده دارد. مقایسه خطای پیش بینی نیم رخ سطح آب نیز برتری مدل آشفتگی RNG را نسبت به مدل k-ε تایید کرد؛ به گونه ای که شاخص های RMSE و AME برای مدل RNG به ترتیب ۰.۰۸۲۵ و ۰.۰۶۳۱ متر و برای مدل k-ε به ترتیب ۰.۰۹۳۴ و ۰.۰۸۸۷ متر به دست آمد. نتایج نشان داد که در شرایط جریان آزاد، ضریب دبی (Cd) با افزایش زاویه مرکزی کاهش می یابد و این کاهش با افزایش بار آبی شدیدتر می شود؛ بیشترین افت ضریب دبی در سرریز ۷۵ درجه رخ داد که به طول تاج بیشتر و تداخل جت های جریان در ناحیه دماغه نسبت داده می شود. در مقابل، در شرایط جریان مستغرق، سرریزهای ۶۰ و ۷۵ درجه به دلیل طول موثر بیشتر، مقاومت بالاتری در برابر غوطه وری از خود نشان دادند، چنان که در نسبت غوطه وری ثابت، دبی عبوری از سرریز ۷۵ درجه به طور متوسط حدود ۳۰ درصد بیشتر از سرریز ۴۵ درجه بود.

کلیدواژه ها:

الگوی جریان ، سرریز نوک اردکی ، ضریب گذردهی جریان ، مدل سازی عددی ، جریان مستغرق