ترکیب مدل‌های حجم سیال و دوسیالی در مطالعه عددی جریان دوفازی روی سرریز پلکانی هوادهی شده

در مقاله حاضر جریان دوفازی آب و هوا روی سرریز پلکانی در حالت دو بعدی، تراکم ناپذیر و ویسکوز شبیه‌سازی شده است. بدین منظور از یک مدل عددی جدید با توانایی‌های بالا استفاده شده است که ترکیبی از دو مدل پایه می‌باشد؛ مدل حجم سیال (vof) که از یک الگوریتم تعقیب سطح مشترک برای مدلسازی جریان دوفازی استفاده می‌کند و مدل دو سیالی که بر اساس معادلات متوسط گیری شده مکانی و زمانی بوده و نمی‌تواند سطح مشترک را به خوبی بازسازی نماید. مدل حاضر کاستی‌های هر دو مدل را مرتقع و نتایج را با دقت بالا ارائه می‌دهد. مسئله اساسی در مدل ترکیبی، انتخاب یک معیار مناسب جهت تغییر وضعیت بین دو مدل پایه است. این معیار بر اساس تخمینی از پراکندگی موضعی سطح مشترک در هر سلول می‌باشد. روش تدوین شده عددی در کار حاضر برای مطالعه تاثیر هوادهی در سرریز پلکانی، حفره‌هایی را در لبه بالایی پله‌ها بکار گرفته و مکش هوا و تاثیر آن بر توزیع جریان را بررسی نموده است.. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد در قسمت ابتدایی پلکان میزان پراکندگی پایین بوده و مدل ترکیبی بیشتر از مدل vof بهره می برد اما در پلکان‌های پایین که جریان پراکنده می‌شود مدل دوسیالی جایگزین می‌گردد. نتایج حاصل از مدل ترکیبی با ارائه کانتورهای کسر حجمی، فشار، سرعت و خطوط جریان با نتایج حاصل از مدل دوسیالی مقایسه شده است. مقایسه نتایج با یکدیگر نشان داده است که مدل ترکیبی نسبت به مدل پایه، با نتایج آزمایشگاهی انطباق بیشتری داشته و نتایج فیزیکی واقعی‌تری ارائه می‌دهد.

Coupling of the VOF and the two-fluid models for the numerical investigation of aerated stepped spillway

In the current study, twophase flow of water and air over a stepped spillway is probed in the form of a twodimensional incompressible viscous flow. A novel numerical approach is used for the numerical simulation which is a combination of two models: volume of fluid (VOF) which uses an interface tracking algorithm for the simulation of the twophase flow and twofluid model which is based on time and space averaged equations and cannot track the interface explicitly. The most important issue in the introduced approach is to couple the two basic methods and select a proper criterion for status change between two basic methods. The latter criterion is based on an approximation from local distribution of the interface at each cell. In the hybrid method. In order to investigate the aeration effect in the stepped spillway, the air suction is generated by designing some holes at the upper edge of the steps and considering atmosphere pressure for these areas. The obtained results divulge the amount of dispersion is low at the beginning part of the step and also the hybrid model take more advantages from VOF, while in the lower steps where the flow disperses twofluid model has hegemony. The results are compared in the form of pressure contours and streamlines as well as volume fraction counters. The comparison shows that the results of the proposed method is closer to the experimental results with respect to each of the basic model.