شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی الگوی جریان در آبگیری از قوس 180 درجه

در این تحقیق مدل عددی سه‌بعدی برای شبیه‌سازی الگوی جریان در آبگیری از کانال قوسی‌شکل توسعه داده شده است. با توجه به انحنای مرزهای جریان و شبکه محاسباتی، معادلات سه‌بعدی ناویراستوکس در مختصات منحنی‌الخط غیرمتعامد و جابجانشده حل شده و با عنایت به پیچیدگی حاکم بر شرایط جریان، برای حل ترم‌های آشفتگی از مدل  برای اعداد رینولدز پایین استفاده شده است. انفصال معادلات با استفاده از روش حجم محدود صورت پذیرفته است و جهت گسسته‌سازی ترم‌های پخش و انتقال به ترتیب از طرح‌های اختلاف مرکزی و قاعده توانی و برای جفت‌نمودن میدان جریان و فشار از طرح نیمه‌ضمنی پایدار استفاده شده است. همچنین جهت افزایش راندمان مدل از یک بلوک با دامنه متغیر برای شبیه‌سازی هر دو کانال قوسی‌شکل و آبگیر استفاده شده است. مدل توسعه‌داده‌شده ابتدا در دو آزمون جریان در قوس 180 درجه و آبگیری از کانال مستقیم صحت‌سنجی گردید. سپس الگوی جریان در آبگیری از قوس 180 درجه برای زاویه استقرار 40 درجه و تحت زاویه آبگیری 45 درجه شبیه‌سازی و با داده‌های آزمایشگاهی موجود مقایسه گردید. متوسط خطای مدل‌سازی در کانال اصلی و آبگیر به ترتیب در حدود 7.3 و 19.7 درصد بوده است که در مقایسه با نتایج سایر مدل‌های تجاری در حد قابل قبول می‌باشد.

Numerical Simulation of 3D Flow Pattern at Lateral Intake in 180degree bend

In this research, a threedimensional numerical model has been developed to simulate the flow pattern at lateral intake in 180degree bend. Due to the curvature of flow boundaries and computational grid, the threedimensional NavierStokes equations are solved in nonorthogonal and nonstaggered curvilinear coordinates, and given the complexity of the flow conditions, the kω model for low Reynolds numbers is used to solve turbulence terms. The equations are discretised by the finite volume method and the central difference and power law algorithm are used to discretise the diffusion and convection terms, and the stable semiimplicit (SIMPLEC) is used to couple the flow and pressure field. Also, to increase the efficiency of the model, one block with variable domain has been used to simulate both channels (main and intake). The developed model was first validated in two tests of flow in 180degree bend and the lateral intake in a straight flume. Then flow pattern at the lateral intake in 180degree bend for 45degree diversion angle in the establishment angle of 40degree was simulated and compared with the available laboratory data. The average modeling error in the main channel and intake was about 7.3% and 19.7%, respectively, which is acceptable compared to the results of other commercial models.