شبیه سازی جریانهای کم عمق چرخشی در اطراف آبشکن

یکی از موثرترین روشهای حفاظت و تثبیت سواحل در حال فرسایش در رودخانه ها و سواحل استفاده از آبشکن میباشد که به منظور ایجاد یک جریان آرام با هدف ته نشینی رسوبات و یا تامین شرایط لازم جهت سهولت کشتیرانی در آبراهه ها استفاده می شوند. مهمترین خصوصیت جریان تحت تاثیر سازه های هیدرولیکی نظیر آبگیرها، تبدیلها، پایه های پل و آبشکنهای رودخانه ای توسعه جریان متلاطم چرخشی است. همچنین در داخل بنادر رودخان های نیز با چنین پدید های روبرو هستیم. پدیده چرخشی جریان، نقش اصلی در پخش و انتقال رسوبات و آلودگی ها در چنین جریانهایی ایفا میکند. در این تحقیق به بررسی مدلهای مختلف آشفتگی در شبیه سازی الگوی جریانهای کم عمق چرخشی در اطراف آبشکن میپردازیم. بدین منظور نتایج حاصل از مشاهدات آزمایشگاهی با مدل لزجت آشفتگی ثابت,مدل دو مقیاسی k − ε و مدل شبی هسازی گرداب ههای بزرگ Smagorinsky شبی هسازی م یشود تا توانایی هر یک از این مدل های آشفتگی مورد ارزیابی قرار گیرد. در این راستا برآورد هندسه ناحیه چرخشی از شاخص های اصلی در ارزیابی مدلهای ریاضی به شمار میآید. نقش اصلی در این زمینه برعهده مدلهای آشفتگی است.آشفتگی (Turbulence) از ویژگی های جریان است که در جریانهای با رینولدز بالا با آن روبرو می شویم. از مد لهای آشفتگی در واقع جهت تعیین اثرات نوسانات جریان بر مقادیر متوسط جریان استفاده م یشود. مدلهای آشفتگی را به دو دسته عمده می توان تقسیم کرد: ١) مد لهایی که بر مبنای میانگین زمانی معادلات رینولدز استوار هستند .(Reynolds Averaged Navier-Stokes) در این مدلها متغیرهای جریان مثل سرعت، فشار و غلظت به دو بخش مقادیر متوسط در زمان و مولفه های نوسانی تقسیم میشوند. تاثیر تن شهای رینولدز ناشی از این فرآیند بر متغیرهای متوسط جریان با استفاده از یکسری مد لهای آشفتگی منظور می شود.2)مد لهایی که در آن متوسط گیری زمانی از معادلات جریان صورت نمی گیرد بلکه معادلات جریان وابسته به زمان برای جریان متوسط و گردابه های بزرگ مستقیما حل میشوند و در آنجا اثرات گردابه های کوچکتر مدل می شوند. به این دسته از مدلهای آشفتگی، مدلهای شبیه سازی گردابه بزرگ (Large Eddy Simulation) و یا به اختصار مدلهای (LES) می گویند. این ویژگی باعث میشود تا در مدلهای (LES) حرکات غیردائمی غالب در جریان آشفته -که حتی در جریانهایی با مرز پایدار با آن روبرو هستیم شبیه سازی شود.مدل ساده لزجت آشفتگی ثابت یک مدل صفر معادل های از دسته اول می باشد. مدل k − ε نیز یک مدل متوسط رینولدزی است که از دو معادله دیفرانسیل برای تعیین توزیع لزجت آشفتگی در میدان جریان استفاده می کند. اما مدل Smagorinsky یک مدل شبیه سازی گردابه بزرگ (LES) است که در این تحقیق از آن استفاده شده است.