بررسی نوسانات آب پویایی فشار درحوضچه آرامش با استفاده از مدل جریان دوفازی

یکی از سازه‌های مستهلک‌کننده‌ی جریان، حوضچه‌ی آرامش می‌باشدکه در پایین دست سرریز ها ساخته می‌شود. محل وقوع نوسانات فشار ماکزیمم ناشی از برخورد آب به کف حوضچه و تاثیر عوامل مختلف بر مقدار و محل وقوع، حائز اهمیت می‌باشد. تاکنون تحقیقات گسترده‌ای به صورت آزمایشگاهی و تحقیقات اندکی به صورت عددی در این زمینه انجام شده است. در مقاله‌ی حاضر، با در نظر گرفتن هندسه‌های مختلف سرریز اوجی و تاثیر ارتفاع این سرریزها و نیز اعمال شرایط مختلف جریان اعم از سرعت و عدد فرود ورودی جریان، نوسانات فشار هیدرودینامیکی در کف حوضچه با استفاده از مدل عددی حجم محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با در نظر گرفتن تداخل آب و هوا، جریان به صورت دو فازی در نظر گرفته شده است. به منظور اطمینان از صحت نتایج به دست آمده از نرم افزار، مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی انجام شده در گذشته مقایسه شده و میزان خطای نسبی در این مقایسه 8% تا 12% به دست آمده است. نتایج حاصل از تحلیل‌های عددی سرریزهای با ارتفاع 5، 7، 9، 11 و 15 متر و با اعداد فرود 3.7 تا 6.2 برای سرریزهای اوجی و 4 تا 6.8 برای سرریزهای لبه تیز، نشان دادند که در همه‌ی سرریزها، پرش هیدرولیکی در 1.3 ابتدایی حوضچه‌ی آرامش اتفاق می‌افتد. مقدار حداکثر نوسانات فشار در سرریزهای اوجی از 62000 تا 144000 پاسکال و در سرریزهای لبه تیز از 54000 تا 156000 پاسکال با افزایش ارتفاع، افزایش می‌یابد. همچنین تاثیر نوع حوضچه‌ی آرامش بر مقدار حداکثر نوسانات فشار مورد ارزیابی قرار می گیرد.

A Study of pressure fluctuation caused by hydraulic jump in stilling basin

A stilling basin is one of the energy dissipaters downstream of a spillway. The place of maximum pressure caused by jet impact and the effect of various factors on the amount and location of pressure are important factors in designing of stilling basin. Extensive experimentally and few numerically researches have been carried out in this regard. In this research, dynamic pressure fluctuations on the basin floor are studied using two phase flow finite volume numerical method considering different geometries of ogee spillway and sharp crested weir, height of spillways, different flow velocity, Froude number and type of stilling basin. Firstly, numerical results were compared with the experimental ones and relative errors of 8% to 12% have been achieved in this comparison. The results of numerical analysis of spillways with height of 5,7,9,11 and 15 meters and Froude numbers between 3.7 to 6.2 for ogee spillways and between 4 to 6.8 for sharp crested weirs showed that, hydraulic jump happens in 1/3 of the beginning of the stilling basin in all spillways. Maximum pressure fluctuations increase from 62000 to 144000 Pa for ogee spillways and 54000 to 156000 for sharp crested weirs with the height of spillways. The influence of types of stilling basin on maximum pressure fluctuations is also evaluated.