مدل سازی عددی دو بعدی جریان ناشی از شکست سد در حضور موانع

در این پژوهش، مدلی عددی به‌منظور شبیه‌سازی جریان ناشی از شکست سد در حضور موانع ارائه شد. مدل پیشنهادی، معادلات آب‌های کم‌عمق متوسط گیری شده در عمق را به روش حجم محدود به شکل ضمنی شبه‌لاگرانژی تقریب زده و جهت ردیابی خط سیر ذره، روش صریح و چهار گامی با دقت درجه چهار رانگکوتا استفاده شد. شرایط مرزی تشعشعی در مرزهای باز اعمال شده و مدل، مرز خشک و تر را به‌طور خودکار محاسبه نمود. جهت اثبات دقت مدل پیشنهادی، ابتدا حل به‌دست‌آمده از این مدل با نتایج حل تحلیلی مسئله شکست سد مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج در انطباق مناسبی با حل تحلیلی بود. سپس نتایج شبیه‌سازی جریان ناشی از شکست سد در حضور یک مانع مربعی و چهار مانع مربعی با نتایج عددی سایر پژوهشگران مقایسه شد. در نهایت نتایج مدل‌سازی جریان شکست سد در برخورد با یک شهر ایده ال به صورت یک طرح مربعی 5×5 از ساختمان‌ها مورد بررسی قرار گرفت. در همه بررسی‌ها موانع غیرمستغرق و مطابق با جهت جریان نزدیک شونده بودند. نتایج نشان داد که مدل توسعه‌یافته از دقت قابل‌قبولی در شبیه‌سازی جریان گذرا در هندسه‌های پیچیده برخوردار بوده و به‌خوبی توانست ارتفاع و سرعت امواج ناشی از واقعه شکست سد را در حضور موانع پیش‌بینی کند.

2D Numerical Modeling of Dam Break flow in the Presence of Obstacles

In this research, a numerical model was developed to simulate dam break flow in the presence of obstacles. The proposed model approximated the equations of moderately shallow water averaged at the finite volume method by implicit semiLagrangian method and the explicit and foursteps RungeKutta method with the fourth order accuracy was used to departure point determination. Radiation boundary conditions was applied to open boundaries and the model calculated the wet/dry boundary automatically. To demonstrate the accuracy of the proposed model, first, the solution obtained by this model was compared with analytical solution of dam break problem. Results were in good agreement with analytical solution. Then, the modeling results of dam break flow, in the presence of a square obstacle and four square obstacles, was compared with other researcher numerical model results. Finally, modelling results of dam break flow through an idealized city (a square city layout of 5×5 buildings) were investigated. In each experiment, the obstacles were non submerged and aligned with the approach flow direction. The results showed that the developed model had an acceptable accuracy at transient flow simulation in complex geometries and could appropriately predict the waves height and waves celerity caused by a dam break event in the presence of obstacles.