شبیه سازی عددی پدیده‌ی کاویتاسیون در سرریز پلکانی به کمک نرم افزار fluent

در مطالعه‌ی حاضر به بررسی تاثیر انواع مدل‌های آشفتگی و پدیده کاویتاسیون در سرریز پلکانی سد سیاه بیشه با نرم‌افزار fluent پرداخته شده است. سه مدل آشفتگی ε-k با مدل‌های استاندارد و rng و ω-k و سه دبی (دبی حداقل و حداکثر به ترتیب معادل 150 و 170 مترمکعب بر ثانیه و دبی سیلاب معادل 203 مترمکعب بر ثانیه) در نظر گرفته شدند. اعتبار سنجی روش عددی با شبیه‌سازی یک سرریز آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت و تطابق مناسبی مشاهده شد. نتایج نشان داد که در سرریز سد سیاه بیشه با دبی 203 مترمکعب بر ثانیه در ناحیه‌ی پایین دست سرریز پلکانی، احتمال وقوع پدیده کاویتاسیون محتمل‌تر است. از این رو می‌توان در مکان‌های مناسب، از سیستم هوادهی مناسب استفاده کرد تا با کاهش سرعت در نواحی مورد نظر، احتمال وقوع کاویتاسیون کاهش یابد. همچنین با تغییر در نوع مدل آشفتگی، شاخص کاویتاسیون در هر نقطه از سرریز دچار تغییر می‌شود، بنابراین انتخاب مدل آشفتگی به منظور بررسی کاویتاسیون از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به طوریکه به عنوان مثال مقدار بیشینه سرعت ایجاد شده در مدل‌های مورد بررسی با دبی 150 مترمکعب بر ثانیه برای مدل آشفتگی ε-k با مدل‌ استاندارد برابر 1.34 متر بر ثانیه، برای مدل آشفتگی k-ε و مدل rng برابر 2.32 متر بر ثانیه و برای مدل آشفتگی k-ω برابر 1.32 متر بر ثانیه شد. مدل‌های k-ε استاندارد و k-ω در تمامی دبی‌ها بسیار نزدیک به هم بوده و استفاده از مدل آشفتگی k-ε و مدل rng نسبت به دو مدل دیگر تفاوت داشته است.

Numerical Simulation of Cavitation Phenomenon in the Stepped Spillway with Fluent Software

In the present research, the effects of different turbulence models and cavitation phenomenon in the stepped spillway of Siah Bisheh dam was investigated using the FLUENT model. Three standard KEpsilon, Renormalization Group (RNG) KEpsilon, and KOmega turbulence models were employed for minimum, maximum, and flood discharge flows of 150, 170, and 203 cm3/s, respectively. The numerical method was validated by simulating a laboratory spillway, by which an appropriate consistency was observed. Also, the results showed that the probability of the cavitation phenomenon was more likely for a discharge flow of 203 cm3/s downstream of the stepped spillway area of the Siah Bisheh dam. Therefore, an appropriate aeration system can be utilized in suitable locations to reduce the probability of cavitation by decreasing velocity in the desired areas. Moreover, the cavitation index changed at each point of the spillway by changing the turbulence model type. Therefore, choosing the turbulence model to investigate the cavitation is of great importance. For example, the maximum velocities created in the investigated models with a discharge flow of 150 cm3/s for standard KEpsilon, RNG KEpsilon, and KOmega turbulence models were 1.34, 2.32, and 1.32 m/s, respectively. The standard KEpsilon and KOmega models were very similar in all discharge flows and the results of the RNG KEpsilon turbulence model were different from the other two models.