Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani
محمدرضا چمنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahsa Fooladgar
مهسا فولادگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394
Supercritical downstream flow in some hydraulic structures causes erosion and damages to these structures. Due to the high energy dissipation, the hydraulic jump is used downstream of hydraulic structures to reduce the erosion. To ensure the formation of a jump and to control its position, hydraulic jump control structures should be utilized. Some of these structures are sill, positive and negative step. The objective of this study is to model numerically and experimentally the forced jump upstream a sill (sharp-crested and broad-crested weirs) in a horizontal channel. OpenFOAM software is used to build the numerical models. The sills have heights of 0.02 to 0.11 meters, lengths of 0.02 to 0.3 meters and distances from the entrance section from 0.56 to 2.45 meters. The upstream Froude numbers are set at 3.2, 4.8 and 6.4. To validate the numerical results, sill upstream flow features are analyzed in both jump and jet conditions. In jet condition, pressure distributions at upstream sill brink are compared with previous experimental results. The hydraulic jump characteristics are compared with empirical relations. Experimental models are built to compare with numerical model results. The experimental model consists of a hanging baffle upstream (entrance section) to create the supercritical flow and a sill located 1.6 meters from the hanging baffle with 0.42 and 0.02 meters height and length, respectively. Numerical simulations showed the impact of parameters such as length, height and distance from the entrance of a sill in forming the hydraulic jump. By reducing the sill relative height (height/entrance depth) having a constant relative distance (distance/entrance depth) from the entrance section, it is possible to eliminate the hydraulic jump and form the jet flow. To form a jump, the minimum sill relative height is a function of upstream Froude number and it reduces by increasing the relative distance of the sill from the entrance section. At a constant relative distance from the entrance section, minimum sill relative height and length have parabolic distributions. For relative sill lengths (sill length/critical depth) of 0.2 to 2.7, the minimum relative height increases. At a constant relative distance, further increase of sill relative height leads to the formation of submerged jump. The maximum possible relative sill height to prevent the submergence of the jump increases at higher Froude number for a constant relative distance and reduces with lower relative distance. Keywords : Hydraulic Jump, Sill, OpenFOAM software
رژیم جریان در پایین‌‌دست برخی از سازه‌‌های هیدرولیکی فوق‌‌بحرانی است که این امر سبب تخریب و فرسایش سازه‌‌های پایین‌‌دست می‌‌شود. باتوجه به‌استهلاک مقدار قابل ملاحظه‌ای از انرژی جریان توسط پرش هیدرولیکی، از این پدیده در جهت کاهش فرسایش در پایین‌دست سازه‌‌های هیدرولیکی استفاده می‌‌شود. برای اطمینان از تشکیل پرش و کنترل محل تشکیل آن می‌‌‌بایست از سازه‌‌‌های کنترل‌‌‌کننده‌ی پرش هیدرولیکی استفاده گردد. از جمله این سازه‌‌‌ها می‌‌‌توان به آب‌‌پایه، بالاآمدگی و پایین­افتادگی ناگهانی اشاره کرد. هدف از این مطالعه بررسی شرایط تشکیل پرش در بالادست آب‌‌پایه (سرریز لبه‌‌تیز و سرریز لبه‌‌پهن) در کانال افقی به‌‌صورت عددی و آزمایشگاهی است. مدل‌‌سازی عددی با استفاده از نرم‌‌افزار OpenFOAM و روش حجم سیال (VOF) انجام شده است. در مدل عددی، آب‌‌پایه‌‌‌‌هایی به ارتفاع 02/0 الی 11/0 متر و طول‌‌های 02/0 الی 3/0 متر در فواصل 56/0 الی 45/2 متر نسبت به مقطع ورودی درنظر گرفته شده است. جریان‌‌های فوق‌‌بحرانی بالادست با اعداد فرود 2/3، 8/4 و 4/6 تشکیل شده است. برای صحت‌‌سنجی مدل عددی، مشخصات جریان بالادست آب‌‌پایه در دوحالت تشکیل و عدم تشکیل پرش بررسی شده است. برای حالت عدم تشکیل پرش توزیع فشار در وجه بالادست آب‌‌پایه با نتایج آزمایشگاهی محققین پیشین مقایسه شده است. در حالت تشکیل پرش، مشخصات هیدرولیکی پرش تشکیل‌‌شده با روابط تجربی پیشین مقایسه شده است. به‌‌منظور مقایسه‌‌ی مدل عددی با شرایط واقعی و بررسی اعتبار مدل از نقطه‌‌نظر فاصله‌‌ی شروع و عمق اولیه‌‌ی پرش هیدرولیکی، نمونه‌‌ی آزمایشگاهی مدل ساخته شده است. برای تشکیل جریان فوق‌بحرانی در بالادست مدل آزمایشگاهی از دیواره‌‌ی آویزان و آب‌‌پایه?ای به ارتفاع 42/0 و طول 02/0 متر در فاصله 6/1 متری از دیواره‌‌ی آویزان تشکیل شده است. نتایج شبیه‌‌سازی عددی نشان داد که پارامتر‌‌های طول، ارتفاع و فاصله‌‌ی آب‌‌پایه تا مقطع ورودی جریان بر شرایط تشکیل پرش هیدرولیکی تأثیر‌‌گذار هستند. در‌‌صورت کاهش ارتفاع نسبی آب‌‌پایه (در یک فاصله‌‌ی ثابت)، امکان حذف پرش هیدرولیکی و عبور جریان به‌‌صورت جت وجود دارد. حداقل ارتفاع نسبی آب‌‌پایه (ارتفاع آب پایه/عمق ورودی) برای تشکیل پرش با افزایش عدد فرود ورودی جریان افزایش می‌‌یابد. با افزایش فاصله‌ی نسبی آب‌پایه (فاصله‌ی آب‌پایه/عمق ورودی)، حداقل ارتفاع نسبی آب‌پایه کاهش می‌‌یابد. در یک فاصله‌‌ی نسبی ثابت، تغییرات حداقل ارتفاع آب‌‌پایه نسبت به طول آن به‌‌صورت سهمی است. برای آب‌‌پایه با طول‌‌نسبی (طول آب پایه/عمق بحرانی) 2/0 تا 7/2، حداقل ارتفاع نسبی به منظور تشکیل پرش هیدرولیکی افزایش می‌‌یابد. اگر ارتفاع نسبی آب‌‌پایه در یک فاصله‌‌ی نسبی ثابت از مقطع ورودی بیش از اندازه افزایش یابد، پرش هیدرولیکی مستغرق می‌‌گردد. حداکثر ارتفاع نسبی مجاز آب‌‌پایه به‌منظور جلوگیری از استغراق پرش هیدرولیکی در یک فاصله‌‌ی نسبی ثابت، با افزایش عدد فرود ورودی جریان افزایش می‌‌یابد. این ارتفاع با قرار گیری آب‌‌پایه در فواصل نسبی کمتر، کاهش می‌‌یابد. کلمات کلیدی : پرش هیدرولیکی، آب‌‌پایه، نرم‌‌افزار OpenFOAM

ارتقاء امنیت وب با وف بومی