توسعه مدل عددی سه بعدی جریان با کارآیی بالا برای شبیه سازی جریان اطراف پایه و کوله پل

در این مقاله یک مدل عددی سه بعدی با کارآیی بالا برای شبیه سازی جریان اطراف کوله و پایه پل توسعه داده شده است. از آنجایی که تمرکز مدل توسعه داده شده برای مدلسازی جریان در اطراف پل‌های رودخانه‌ای است، بنابراین در کلیه بخشهای مختلف مدل توسعه داده شده، کاهش هزینه محاسبات با حفظ دقّت مورد نیاز مد نظر قرار گرفته است. مدل سه بعدی از روش حجم محدود و گام کسری بر روی یک شبکه بدون ساختار مثلثی در پلان و با ساختار در صفحه قائم برای حل معادلات حاکم استفاده می‌کند. در مدل عددی، معادله انتقال در صفحه افقی با استفاده از روش صریح و در صفحه قائم با استفاده از روش ضمنی حل شده‌اند. مدل‌سازی آشفتگی بر اساس مدل مختلط، اسماگورینسکی در پلان و یک بعدی k-ε در جهت قائم، انجام گرفته است. برای در نظر گرفتن تراز سطح آزاد آب در مدل عددی، صرفاَ فشار لایه آخر با فرض فشار هیدرواستاتیک تعیین شده است. برای ارزیابی مدل، توسعه لایه مرزی سه بعدی در کانال روباز مورد آزمون قرار گرفته‌ است. مقایسه نتایج حاصله از مدل‌سازی جریان اطراف یک پایه پل و کوله پل با نتایج آزمایشگاهی، بیانگر دقّت مناسب و کارآیی بالای مدل سه بعدی توسعه داده شده است.

development of three-dimensional numerical flow model with high efficiency for simulating the flow around the pier and abutment of the bridge

in this paper, a three-dimensional numerical model with high efficiency has been developed to simulate the flow around the abutment and bridge foundation. since the focus of the developed model is to model the flow around river bridges, therefore, in all the different parts of the developed model, reducing the cost of calculations while maintaining the required accuracy is considered. the 3d model uses the finite volume and fractional step method on a grid without a triangular structure in the plan and with a structure in the vertical plane to solve the governing equations. in the numerical model, the transfer equation has been solved in the horizontal plane using the explicit method and in the vertical plane using the implicit method. turbulence modeling is based on the mixed model, smagorinsky in the plan and one-dimensional k-ε in the vertical direction. to consider the level of the free surface of water in the numerical model, only the pressure of the last layer has been determined by assuming hydrostatic pressure. to evaluate the model, the development of the three-dimensional boundary layer in the open channel has been tested. the comparison of the results obtained from the modeling of the flow around a bridge pier and the bridge deck with the laboratory results shows the appropriate accuracy and high efficiency of the developed three-dimensional model.