الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان
(ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۵۰
کد مقاله
CVL50
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
نام انگلیسی
۳D NUMERICAL MODELLING OF THE CAPACITY FOR A PARTIALLY PRESSURIZED SPILLWAY
تعداد صفحه به فارسی
۲۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۵
کلمات کلیدی به فارسی
مدل سازی عددی, سرریز, سد
کلمات کلیدی به انگلیسی
Dam
مرجع به فارسی
دپارتمان هیدرولیک و مهندسی محیطی، دانشگاه علوم و فن آوری نروژ
مرجع به انگلیسی
Department of Hydraulic and Environmental Engineering, The Norwegian University of Science and Technology, Norway
کشور
اسلواکی
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
چکیده
برنامه CFD تجاری STAR-CCM+ جهت محاسبه منحنی سنجه آب در زمینه سرریز سد برق آبی اینتردالن در نروژ مورد استفاده قرار گرفت. این سرریز در ابتدا شامل یک بخش سر ریز آزاد و سپس سیستمی از تونل ها می باشد که در آن جریان تحت فشار قرار می گیرد. پدیده هوادی (وارد شدن هوا) و فشارهای منفی سبب شده است تا فیزیک این جریان نسبتا پیچیده گردد.
با بکارگیری برنامه کامپیوتری نسبت به حل معادلات ناویر-استوکس با استفاده از روش آشفتگی k-epsilon و k-omega اقدام شد. در این ارتباط، روش حجم سیال نیز برای تعیین موقعیت سطحی آب بکار گرفته شد. چندین نوع از گرید های غیر ساختاری غیر قائم نیز مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج با مقادیر تجربی از مطالعه مدل فیزیکی مقایسه گردیدند. آزمایشات پارامتر بر روی سختی، مدل آشفتگی، مراحل زمانی و گریدها اعمال شدند. نتایج نشان دهنده آن هستند که مدل های عددی، دقت آن کمتر از ۵%، قابلیت تشخیص بسیار خوب بخش جریان آزاد را خواهند داشت. برای دبی های بالاتر که در آن تونل سبب محدود شدن میزان بده می گردد، دقت زیر ۱۵% برآورد شد.
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
مقدمه
محاسبه منحنی سنجه آب سرریزها به عنوان امر شایع برای مهندسین هیدرولیک به شمار می آید. نروژ دارای مخازن برق آبی بزرگی می باشد که به صورت مکرر جهت تعیین میزان کاربرد آنها در طی بروز سیل آب مورد ارزیآبی قرار می گیرند. بسیاری از این سرریزها، همانند تونل های تحت فشار، دارای هندسه های پیچیده ای هستند. بر این مبنا، منحنی سنجه با توجه به شیب های تند تونل ها دارای شکل نامتعارفی می باشد. این وضعیت جریان غالبا در طی بزرگترین دبی رخ خواهد داد که می بایست سرریز را بر اساس آن طراحی نمود.
تعیین ظرفیت سیستم سرریز غالبا با استفاده از مدل فیزیکی انجام می شود. یک رویکرد جایگزین استفاده از مدل عددی سه بعدی می باشد. مطالعه جاری هر دو روش به کار گرفته شده برای سریز سد برق آبی در منطقه اینتردالن در نروژ را مورد بحث قرار می دهد.
مدل های عددی سه بعدی در تعداد زیادی از موارد قبلا جهت محاسبه سرریز به کار گرفته شده اند. بعلاوه، برنامه های مختلف کامپیوتری نیز در این مبحث استفاده گردیده اند. Li و همکاران ( ۲۰۱۱ ) از برنامه FLUENT جهت محاسبه ظرفت سریز سد کانتون در ایالات متحده استفاده نمودند. DeCesare همکاران (۲۰۱۱) نیز از برنامه FLOW-3D جهت محاسبه ظرفیت سرریز سد کومون در آلبانی بهره گرفتند. برنامه کامپیوتری مشابه نیز به وسیله Jacobsen و Olsen (2010) جهت محاسبه ظرفیت سرریز سد برق آبی سیسن در نروژ به کار گرفته شد. Feurich و Rutschmann (2005) از Flow3D جهت ارزیابی عملکرد سرریز سد مرووی استفاده نمودند. Haun و همکاران (۲۰۱۱ ) از هر دو سیستم Flow3D و SSIIM 2 جهت محاسبه پروفیل سطح آب بر روی سرریز لبه بهره گرفتند. کلیه این مطالعات دارای تطابق نسبتا خوبی بین نتایج مدل عددی و مدل فیزیکی می باشند. دقت سطوح آب محاسبه شده و ضرایب دبی زیر ۵% محاسبه شد. مطالعه کنونی بر روی یک سیستم پیچیده تمرکز دارد که در آن جریان برای بزرگترین بخش های دبی تحت فشار نسبی قرار دارد. مشابه با سد سیسن (Jacobsen و Olsen ، ۲۰۱۰)، سرریز سد اینردالن قابلیت انتقال آب از سریز به سمت تونل های راکبلست (rock-blasted) (تونل با سنگ های ترک خورده) را دارد. این تونل ها به طور کامل به هنگامی که میزان دبی تخلیه آب اندک باشد پر نمی شوند و جریان آزاد در کل سیسستم شایع می گردد. به هنگامی که تونل ها تحت فشار باشند، مقدار قابل حمل این تونل ها خود سبب محدود سازی ظرفیت دبی می شود.
فیزیک پیچیده جریان منجر به بروز منحی سنجه آب غیر یکنواخت می شود که ارزیابی آن مشکل خواهد بود. مطالعات مدل فیزیکی در این مبنا برای سد اینتردالن استفاده شده است. با وجود آن که چنین مطالعاتی به عنوان یکی از ویژگی های اصلی و نسبتا سرراست در این زمینه تلقی می شود، برخی خطاها نیز وجود دارند که بر روی نتیجه تاثیرگذار هستند. یکی از این مشکلات وارد شدن هوا می باشد. جریان دو فاز را نمی توان به سادگی در یک مطالعه مدل فیزیکی مقیاس بندی نمود. برای مطالعه مدل فیزیکی کنونی سد اینتردالن از لوله هایPVC جهت مدل سازی این تونل استفاده شده است، که البته از شفافیت کاملی برخوردار نیست. بنابراین مشاهده میزان ورود هوای موجود و میزان گسترش یافته آن در سیستم آسان نخواهد بود.
مطالعه کنونی از برنامه کامپیوتری STAR-CCM+ جهت شبیه سازی جریان در سد اینتردالن استفاده نموده و نتایج را با مدل فیزیکی مقایسه می نماید.
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
سرریز سد انتردالن
مخزن برق آبی Innerdalsvatnet در ۱۰۰ کیلومتری جنوب Trondheim در نروژ قرار دارد. این مخزن متشکل از یک سد به بلندای ۵۷ متر می باشد که در بر دارنده یک سرریز با ظرفیت قابل توجهی جهت مواجه با سیل آب های بزرگ می باشد، این سرریز در شکل ۱ نشان داده شده است. آب از دیواره بتنی به سمت پایین خلیج سرازیر شده و سپس با زاویه ۴۵ درجه به سمت یک کانال جهت می یابد. در انتهای این محور، یک تونل ۲۰۰ متری راکبلست جریان را بسمت رودخانه هدایت می نماید.
مطالعه مدل فیزیکی با استفاده از لوله های صاف و ناصاف انجام شد. لوله های PVC به طور ابتدا به ساکن جز لوله های صاف به شمار آمده اما پس از فاز تست اولیه ذرات شن در داخل لوله ها گیر افتاده اند. پروتوتایپ تونل به صورت صخره های ترک خورده با جداره های نسبتا ناهموار و زبر می باشد.
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
نتایج از مطالعه مدل عددی
مطالعه جاری از نرم افزارSTAR-CCM+ استفاده نموده است. که به عنوان بسته نرم افزاری همه کاره به شمار می آید که قابلیت حل معادلات نایور – استوکس با محدوده ای از مدل های آشفتگی و طرح های گسسته سازی را دارد. این برنامه از حجمی از روش سیال جهت محاسبه موقعیت سطح آزاد در یک گرید / شبکه ثابت استفاده می نماید. تعدادی از گریدهای غیر ساختاری مختلف موجود هستند. مطالعه کنونی عمدتا از یک گرید کوتاه شده استفاده نموده است، در حالی که یک گرید چند وجهی را می توان در برخی از مواقع در تونل پایاب یا فرودست استفاده نمود. گرید کوتاه شده بر مبنای گرید شش وجهی متعامد یا قائم می باشد که در برخی از نواحی از آن استفاده شده است. در موقعیت هایی که دارای هندسه پیچیده ای هستند برخی از سلول های غیر متعامد نیز مورد استفاده قرار می گیرند. آزمایش ما بدین صورت اعمال می شود که گرید کوتاه شده متعامد به طور کلی بالاترین میزان تناسب و ثبات را حاصل می نماید.
ساختار بتنی به رنگ صورتی نشان داده شده است و رنگ زرد نیز کانال ۴۵ درجه می باشد. ناحیه پرتقالی ورودی این مدل به حساب می اید.
روش حجم سیال سرعت های سیال در کلیه سلول ها را حاصل آورده و همچنین هوای بالای سطح آب را نیز مشخص می سازد. شکل ۶ نشان دهنده بردارهای سرعت برای میدان جریان بر روی ساختار بتنی سرریز می باشد. سرعت های بالاتر در منطقه بالایی و پایین دست سرریز نشان داده شده اند که در تطابق با مطالعات آزمایشگاهی هستند. پروفیل سطح آب همچنین به خوبی منطبق با مشاهدات می باشد.
منحنی سنجه از نرم افزارSTAR-CCM+ از طریق ارائه یک ماکرو حاصل آمده است که قابلیت ثبت سطح آب در یک نقطه در ناحیه بالا دست مخزن سازه بتنی در شکل ۱ را خواهد داشت. میزان دبی منطبق نیز در یک فایل نوشته می شود که خود سبب ایجاد منحنی سنجه سرریز خواهد شد. این اطلاعات در شکل ۷ الف، ب و ج نشان داده شده است. هر کدام از این منحنی ها شامل نتایج پارامتر آزمایش حساسیت می باشند. پارامترهای آزمایش شده عبارتند از مرحله زمانی، مدل آشفتگی و اندازه گرید. این آمارها نشان دهنده تاثیر قابل توجه این پارامترها برای میزان زیادی از دبی ها می باشند. نتایج ما مستقل از این پارامترهای مربوط به میزان دبی اندک حاصل آمده اند، که در آن سطح آب زیر ۲ متر بر فراز تاج سرریز می باشد. دلیل این امر آن است که جریان بر فراز ساختار بتنی سبب محدود شدن دبی با توجه به سطوح کم آب خواهد شد. آب با سطح آزاد در امتداد تونل جریان می یابد. برای سطوح بالاتر از ۲ متر آب بر فراز تاج سرریز، تونل ها با آب پر شده و سطح آب پایین دست ساختار بتنی نسبتا بالا می باشد. عامل محدود کننده برای سیستم سرریز ظرفیت تونل ها خواهد بود. این ظرفیت را نمی توان بصورت سرراست مشخص ساخت.
مدل سازی عددی سه بعدی ظرفیت برای یک سریز تحت فشار نسبی
نتیجه گیری
مدل عددی قابلیت محاسبه منحنی سنجه آب سرریز جریان آزاد با دقت بالایی را خواهد داشت. منحنی سنجه ای آب به صورت مستقل از مراحل زمانی تست شده، مدل های آشفتگی و اندازه های گرید می باشد. با این وجود، دقت مدل عددی به هنگامی که سیستم سرریز دارای فشار نسبی می باشد کاهش خواهد یافت. اتلاف انرژی در این تونل سبب محدود شدن ظرفیت می شود. مشکل مرتبط با مدل سازی این موقعیت به احتمال قوی مربوط به مسائل عدم ثبات و پایداری به واسطه هوازدگی یا هواگرفتگی داخل تونل می باشد. مقادیر مختلف هوا سبب ایجاد اندازه های مختلف پاکت های هوایی در داخل تونل شده و منجر به بروز اتلاف های متمایز واحد در تونل می شود. با این حال دقت این وضعیت زیر ۱۵% خواهد بود (شکل ۷).
نتیجه گیری دیگر برای این مطالعه آن است که قابلیت درک آسان تر فیزیک جریان در مدل CFD، در مقایسه با مدل فیزیکی وجود دارد. دلیل این امر آن است که قابلیت مشاهده میدان جریان و حباب های هوا در لوله های پلاستیکی غیر شفاف مدل فیزیکی وجود ندارد. تصاویر گرافیکی رنگی سه بعدی CFD اطلاعات بسیار خوبی را در خصوص تراکم هوا، فشار و بردارهای سرعت در اختیار ما قرار می دهند.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
