بررسی آزمایشگاهی و شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی دایروی روی صفحه مقعر

پرش هیدرولیکی دایروی، پدیده‌ای است که در اثر برخورد یک جت عمودی سیال به یک سطح افقی و در یک فاصله شعاعی مشخص از مرکز صفحه (شعاع پرش هیدرولیکی)، شکل می‌گیرد. اکثر تحقیقات و مطالعات آزمایشگاهی و عددی، پرش هیدرولیکی دایروی روی صفحه تخت را مورد تجزیه‌وتحلیل قرار داده‌اند و اثر تقعر صفحه هدف بر پرش هیدرولیکی، تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. بنابراین در این پژوهش برای اولین بار با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و همچنین شبیه‌سازی جریان با نرم‌افزار fluent، اثر تقعر صفحه هدف بر اندازه و شکل پرش‌های هیدرولیکی بررسی شده است. به‌منظور شبیه‌سازی پرش هیدرولیکی دایروی از روش حجم سیال (vof) استفاده شده است. اثر کشش سطحی با استفاده از مدل نیروی سطحی پیوسته (csf) در نظر گرفته شده است و همچنین برای مشخص‌کردن فصل مشترک دو سیال از طرح بازسازی هندسی استفاده شده است. نتایج تحقیق آزمایشگاهی نشان می‌دهد که شعاع پرش هیدرولیکی تابعی از شعاع جت ورودی، شعاع صفحه هدف مقعر و همچنین مقدار دبی جریان است. علاوه بر این براساس مشاهدات آزمایشگاهی با افزایش شعاع صفحه هدف مقعر شکل این پرش‌ها از حالت دایروی خارج و پرش‌های هیدرولیکی به‌صورت چندضلعی ظاهر می‌گردند.

Experimental Study and Numerical Simulation of the Circular Hydraulic Jump on the Concave Target Plate

A circular hydraulic jump is a phenomenon that is shaped when a vertical fluid jet impinges on a horizontal plate, at a certain radial distance of the plate center (hydraulic jump radius). Most of the experimental and numerical studies have analyzed the circular hydraulic jump on the flat target plate and the effect of the concave plate has not been investigated yet. Therefore, in this study, using the experimental investigation and numerical simulation using Fluent software, the effect of the concave target plate on the size and shape of the hydraulic jump is investigated for the first time. In order to simulate the circular hydraulic jump, the volume of fluid method (VOF) has been applied. The continuous surface force model (CSF) has been used to investigating the surface tension. The geometric reconstruction has been used for determining the interface of the two fluids. According to the experimental results, the hydraulic jump radius is a function of the impingement jet radius, the concave target plate radius, and the volumetric flow rate. Also, based on the experimental observation, by increasing the radius of the concave target plate, the shape of these jumps change from the circular to the polygonal hydraulic jump.