بررسی عددی تاثیر عدد فرود ورودی بر الگوی جریان در تبدیل‌های عریض‌شونده تدریجی در کانال‌های روباز

تبدیل ها به طور معمول در کانال های باز مصنوعی کاربرد دارند. با افزایش ابعاد تبدیل در راستای جریان، از سرعت جریان کاسته می شود. تحت شرایط جریان زیر بحرانی دائمی، کاهش سرعت جریان منجر به افزایش فشار آب شده و همچنین گرادیان فشار معکوس می شود. این موضوع، ناحیه جدایی جریان و حرکت گردابی آشفته را به وجود آورده و باعث تلفات انرژی جریان می شود. مدل های فیزیکی به خاطر پیچیدگی جریان و همچنین تاثیرات ناشی از مقیاس، به تنهایی قادر به ارائه درک روشنی از فیزیک حاکم بر این مساله نمی باشند و لذا لازم است الگوی جریان به صورت عددی در کنار مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی بررسی شود. در این مطالعه، الگوی جریان در امتداد تبدیل تدریجی عریض شونده کانال های مستطیلی به مستطیلی تحت جریان زیربحرانی با استفاده از مدل آشفتگی تنش رینولدز (rsm) ارائه شده در نرم افزار فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است. پروفیل های سطح آب و سرعت جریان حاصل از دو روش در مقاطع مختلف تبدیل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است که مقایسه این نتایج مطابقت خوبی را بین آنها نشان می دهد. پس از صحت سنجی مدل عددی، تاثیر عدد فرود ورودی بر قدرت جریان ثانویه ایجاد شده، بازده هیدرولیکی تبدیل، انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی بستر در مقاطع مختلف تبدیل شبیه سازی شده و نتایج نشان دادند که با افزایش عدد فرود بالادست، قدرت جریان ثانویه در امتداد تبدیل افزایش یافته و بازده تبدیل کاهش می یابد. بالاترین بازده مربوط به عدد فرود 0.40 بوده و مقدار آن برابر 60.83 درصد می باشد. همچنین، با افزایش عدد فرود، انرژی جنبشی آشفتگی و تنش برشی بستر افزایش یافتند، به طوری که از ورودی تبدیل به سمت انتهای تبدیل، انرژی جنبشی آشفتگی برای تمامی اعداد فرود کاهش یافته و قدرت آشفتگی حدود 30.71% دچار کاهش گردید.