مطالعه هیدرولیک جریان در تبدیل‌های تدریجی عریض شونده در کانال‌های روباز

تبدیل ها به طور معمول هم در کانال های باز مهندسی و هم در کانال های طبیعی کاربرد دارند. با افزایش ابعاد در راستای مقطع در تبدیل، از سرعت جریان کاسته می شود. تحت جریان زیربحرانی و در شرایط جریان دائمی، کاهش سرعت جریان منجر به افزایش فشار آب و همچنین گرادیان فشار معکوس می شود. که این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به وجود آورده و باعث تلفات انرژی در جریان می شود. در این مطالعه، هیدرولیک جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال های مستطیلی به ذوزنقه ای تحت جریان زیربحرانی به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. در کنار مطالعه آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی سه بعدی الگوی جریان با استفاده از نرم افزار فلوئنت و مدل آشفتگی تنش رینولدز (rsm) انجام گرفته است. پروفیل های سطح آب و سرعت جریان در مقاطع مختلف تبدیل به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری شده و با نتایج عددی مقایسه شده است که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می دهد. همچنین راندمان (بازدهی) تبدیل و ضریب تلفات انرژی در امتداد تبدیل به ازای اعداد فرود مختلف ورودی محاسبه شدند. نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود جریان بالادست، راندمان تبدیل و ضریب تلفات انرژی به ترتیب کاهش و افزایش می یابند. پس از صحت سنجی مدل عددی، تاثیر عدد فرود ورودی بر نواحی جدایی جریان، جریان های ثانویه ایجاد شده و تنش برشی بستر در امتداد تبدیل به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. از ابتدای تبدیل به سمت میانه تبدیل، تعداد نواحی چرخشی ناشی از جریان های ثانویه افزایش یافته و با نزدیک شدن به انتهای تبدیل تعداد این نواحی کاهش می یابند. همچنین با افزایش عدد فرود ورودی، تنش برشی بستر در امتداد تبدیل افزایش یافت.

Study of Flow Hydraulics in Expansive Gradual Transitions Open Channels

Channel expansions are common in both natural and artificial open channels. With increasing crosssectional dimensions in an expansion, the flow decelerates. Under Subcritical flow and steady flow conditions, reducing the flow velocity due to increasing the water pressure and adverse pressure gradient. In this study, the flow hydraulic along the expansive transition of rectangular to trapezoidal under subcritical flow has been investigated experimentally. Also, a three dimensional numerical simulation of the flow pattern was developed using the fluent software with RSM turbulent model. Water surface and flow velocity profiles at different sections of transition were compared with experimental results. The results showed a good agreement between numerical and experimental results. Then, the efficiency of the transition and coefficient of energy head loss were calculated. The results show that with increasing the upstream Froude number, the efficiency of the transition and coefficient of energy head loss are decreased and increased, respectively. After calibration, the effect of inflow Froude numbers on flow separation zones, secondary currents, and bed shear stress along the transition was investigated numerically.