بررسی عددی اندرکنش هیدرودینامیکی فرآیند تخلیه از مجرا در مخازن لایه‌بندی شده

موضوع تخلیه جریان از مجاری در مخازن لایه‌بندی شده و اثرات متقابل آن درمحیط لایه‌بندی، یکی از مباحث مهم در هیدرولیک مجاری و دریچه‌ها می‌باشد. مدل سازی رفتار متفاوت الگوی جریان در هنگام تخلیه دبی جریان از مجرای تعبیه شده در بدنه سد با وجود لایه‌بندی در مخزن، هدف مهم این تحقیق می‌باشد. بهره مندی از مدل سازی عددی، این امکان را فراهم می سازد که به مدیریت بهینه در مخازن لایه بندی شده نزدیک شد. در این تحقیق، نخست توانمندی مدل ریاضی در یک سناریو مشابه با مدل آزمایشگاهی یک مجرای تخلیه مورد ارزیابی قرار گرفت. با مقایسه میان نتایج میان دو مدل، عملکرد مدل ریاضی قابل قبول تشخیص داده شد. بعد از ارزیابی مدل و تایید عملکرد آن، مدل سازی عددی با شش دبی انتخابی در مقیاس واقعی به منظور بررسی اندرکنش هیدرودینامیکی فرآیند تخلیه در مخزن لایه بندی شده انجام گردید. مطابق نتایج مدل به تفکیک مومنتم ایجاد شده در مخزن ناشی از میزان دبی تخلیه، سه حالت لایه ای پایدار، اختلاط ضعیف و اختلاط شدید مابین لایه ها مشاهده گردید. نتایج نشان داد که تا دبی به میزان 10 مترمکعب بر ثانیه، تنها تخلیه از لایه روبروی مجرا در مخزن صورت گرفته و به بیان دیگر اختلاطی میان لایه های مخزن شکل نمی گیرد (حالت لایه ای پایدار). این در حالی است که شروع ناپایداری و اختلاط لایه ها در دبی تخلیه 40 مترمکعب بر ثانیه وقوع یافت و با افزایش دبی تا 90 مترمکعب برثانیه شاهد وقوع اختلاط شدید مابین لایه ها بوده و به نوعی همه لایه ها با چگالی متفاوت در فرآیند تخلیه درگیر شدند. در این حالت به عبارتی جریان لایه بندی چگالی را حس نمی کند.

Numerical Investigation of Hydrodynamic Interaction of Outlet Discharge Process in Stratified Reservoirs

The problem of flow discharge from outlet in stratified reservoirs and its interactions in the stratification environment is one of the most important problems in hydraulics of gates and conduits. Investigation and modeling of different behavior of the flow pattern during discharge from the outlet despite stratified reservoir is an objective of this paper. The use of numerical modeling makes it possible to approach optimal management in stratified reservoirs. In this paper, firstly, the evaluation of the numerical model was carried out by the result of a laboratory outlet model in a similar manner. By comparing the results between the two models, the ability of the mathematical model was acceptable. After that, the numerical model was run with six selected flow rates in real scale to investigate the hydrodynamic interaction of the discharge process in the stratified reservoir. According to the numerical results, three modes containing stable, poor and heavy mixing among layers was occurred. The results showed up to discharge rate of 10 CMS (cubic meters per second), only the layer in front of the outlet is evacuated and no mixture is formed among other layers. However, the start of instability and mixing layers found in the discharge rate of 40 CMS and by increasing up to 90 CMS, the intensive mixing among layers was observed and all dense layers were involved in the discharge process. In this case, flow will not feel stratification.