شبیه سازی جریان چگال در حضور بستر با پله رو به عقب با استفاده از مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ

جریان چگال به دلیل اختلاف چگالی بین دو سیال به وجود آمده و سیال سنگین تر در زیر سیال محیطی سبکتر تحت اثر گرانش، روی بستر شروع به حرکت می‌کند. عوامل مختلفی را می توان به عنوان منشا این اختلاف چگالی بیان کرد. یکی از این عوامل وجود ذرات معلق در جریان است. در واقعیت، در یک حجم نمونه آزمایشگاهی از این ذرات، طیف وسیعی از قطرهای متفاوت ذرات موجود است. معمولا مرسوم است که در منحنی دانه بندی، قطر d_{50} از ذرات را به عنوان قطر متوسط ذرات بیان کنند. این قطر نشان می دهد که 50% ذرات از این قطر کمتر هستند. ذرات دارای سرعت سقوطی هستند که رابطه‌ی مستقیم با توان دوم قطر آنها دارد. استفاده از منحنی دانه بندی و حل تعداد زیادی معادله غلظت، بر اساس پروفیل توزیع ذرات، سبب تطابق نتایج عددی و آزمایشگاهی می‌شود که در این پژوهش از آن استفاده شده است. جریان چگال در طبیعت در مورفولوژیهای متفاوت جریان دارد. در این پژوهش اثر حضور پله رو به عقب، در بستر جریان به صورت عددی و با استفاده از مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ (les) بررسی شده است. نتایج حل عددی حاضر نشان داده است که پله رو به عقب، سبب اختلاط بسیار در پائین دست پله شده و از غلظت جریان در آن نقاط می کاهد.

large eddy simulation of a density current over backward step

density currents arise due to differences in fluid density, where the heavier fluid moves along the bed beneath a lighter ambient fluid under the influence of gravity. one key factor contributing to this density difference is the presence of suspended particles within the flow. in natural and experimental conditions, these particles exhibit a wide range of diameters. a common approach to simplifying their characterization is the use of the median particle diameter (d??) from the grain size distribution curve, which represents the diameter at which 50% of the particles are smaller. importantly, the settling velocity of these particles is directly proportional to the square of their diameter. by utilizing the grain size distribution curve and solving multiple concentration equations based on particle distribution profiles, researchers can achieve a more accurate correlation between numerical simulations and experimental results. this approach has been employed in the present study to enhance predictive accuracy. density currents manifest in diverse morphologies in nature, significantly influencing sediment transport and underwater flow dynamics. this research specifically investigates the impact of a backward-facing step in the flow bed using the large eddy simulation (les) model. the numerical results reveal that the backward-facing step plays a crucial role in intensifying mixing in the downstream region while simultaneously reducing flow concentration in those areas. these findings offer valuable insights into the complex behavior of density currents and their interaction with bed topography, with potential applications in environmental and engineering contexts.