شبیه‌سازی عددی جریان در حوضچه آرامشusbr ii با دیواره‌های همگرا و پله‌های انتهایی

حوضچه های‎ ‎آرامش‎ ‎از‎ ‎مهمترین‎ ‎سازه‌های‎ ‎مستهلک‎ ‎کننده‎ ‎انرژی‎ ‎می باشند بطوریکه تغییر شکل حوضچه آرامش می‏تواند باعث عملکرد‎ ‎هیدرولیکی‎ ‎بهتر آنها شود. در این مطالعه، با پلکانی کردن انتهای حوضچه آرامشusbr ii‏ مدل سد ‏نازلوچای و همگرا نمودن دیواره های حوضچه، پارامترهای فشار، پروفیل سطح آب، راندمان پرش هیدرولیکی و ‏استهلاک انرژی جنبشی بررسی شد. برای این منظور در نرم‏‎‌ افزارflow3d‎‏ با استفاده از روشvof‏ و مدل آشفتگیrng‏ ‏، جریان در حوضچه آرامش همگرا با زوایای همگرایی5، 7.5 ،10 و12.5 درجه برای دبی 830 متر مکعب بر ثانیه ‏شبیه‌سازی گردید. جهت صحت سنجی مدل عددی، از مقادیر آزمایشگاهی فشار استفاده شد. نتایج مدل سازی نشان داد ‏که پلکانی کردن انتهای حوضچه و همگرایی دیواره ها باعث افزایش عمق پایاب و مانع خروج پرش از حوضچه آرامش ‏می گردد. همچنین، همگرا کردن دیواره های حوضچه تاثیر مثبتی بر راندمان دارد. همگرا کردن دیواره ها باعث مستغرق ‏شدن پرش هیدرولیکی می شود، درحالیکه پرش در حوضچه آرامش با دیواره های موازی بصورت آزاد می باشد. ‏بهترین زاویه همگرایی از نظر عملکرد، حوضچه با زاویه همگرایی 5 درجه می باشد که راندمان به میزان 136 درصد ‏نسبت به حوضچه با دیواره های موازی افزایش می یابد. مقایسه نتایج استهلاک انرژی برای مقاطع مختلف حوضچه در ‏اعماق متفاوت نشان داد که حداکثر استهلاک انرژی در اعماقی بین30-20 درصد عمق جریان رخ می‌دهد که در نظر ‏گرفتن این نکته، باعث طراحی سازه ایِ بهتر حوضچه آرامش می شود. ‏

Numerical Simulation of Flow in the USBR II Stilling Basin with Converging Walls and End Steps

The stilling basins are of the most important energy dissipater structures, and changes in their shape lead to a better ‎hydraulic performance of them. In this study, the impacts of steps at the end of USBR II stilling ‎basin of NazlooChay ‎dam and walls convergence on the pressure, water surface profile, efficiency of ‎hydraulic jump and energy dissipation ‎were investigated. For this purpose, the flow was ‎simulated using the VOF method and RNG turbulent model in ‎the ‎converging stilling basin (with convergence angle of 5◦, 7.5◦, 10◦ and 12.5◦) and discharge rate of 830 m3/s. The ‎numerical model was ‎verified by pressure’s experimental data. The results showed that existence end steps and ‎convergence walls led to an increase in tail water depth and prevented hydraulic jump from exhausting out of ‎stilling ‎basin. Also, the convergence walls caused the jump to be submerged contrary to the free jump occurring in ‎stilling basins with parallel walls having free jumps. Convergence Walls had a positive impact on the efficiency of the ‎hydraulic jump. In this study, the converging stilling basin with 5◦ convergence angel gave a great performance, and the ‎efficiency increased by 136% in comparison to stilling basin with parallel walls. The comparison of the ‎results of energy ‎dissipation for different sections of stilling basin at different flow depths ‎demonstrated that the maximum energy ‎dissipation occurred in the depths between 2030% of flow depth. These results may be considered for improving the ‎stilling basins design.‎