شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف زبری، شیب معکوس و پله مثبت انتهایی

پرش هیدرولیکی برای از بین بردن انرژی در پایین‌دست سازه‌های هیدرولیکی از جمله سرریزها، تندآب‌ها و دریچه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش نتایج حاصل از اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی و همچنین شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی آزاد با استفاده از نرم‌افزار flow 3d در 6 حالت مختلف شیب معکوس، بستر زبر و پله انتهایی با هم مقایسه شد. گفتنی است، برای شبیه‌سازی عددی از دو مدل‌ آشفتگی k-ε و rng استفاده شد. بر اساس نتایج، دقت شبیه‌سازی با کاربرد مدل rng بیشتر از مدل k-ε بود. شاخص‌های آماری nrmse، me، ns و r^2 برای مقایسه نتایج پروفیل سطح آب حاصل از کاربرد مدل rng به‌ترتیب 4/34، 0/0052، 0/995 و 0/983 بدست آمد. همچنین مقدار این شاخص‌ها برای نتایج پروفیل سرعت با استفاده از مدل مذکور به‌ترتیب 14/92، 0/127، 0/982 و 0/962 محاسبه شد. بطور کلی میزان خطای حاصل از شبیه‌سازی پروفیل سطح آب و سرعت به‌ترتیب برابر 5/31 و 12/4 درصد بدست آمد. همچنین بیشینه خطای نتایج شبیه‌سازی عددی d2/d1، lj/d2 و lr/d1 به‌ترتیب برابر 12± ، 12± و 16± درصد بود. بنابراین استفاده از نرم‌افزار flow-3d همراه با کاربرد مدل آشفتگی rng برای شبیه‌سازی عددی پرش هیدرولیکی در شرایط مختلف پیشنهاد می‌شود.

numerical simulation results of hydraulic jump in different conditions of roughness, adverse slope, and positive step

hydraulic jump is used for dissipation of kinetic energy downstream of hydraulic structures such as spillways, chutes, and gates. in the present study, the experimental measurements and numerical simulation of the free hydraulic jump by applying flow-3d software in six different conditions of adverse slope, roughness, and positive step were compared. it should be noted that two turbulence models including k-ε and rng were used for numerical simulation. based on the results, simulation accuracy using the rng model was more than the k-ε model. the statistical indices of nrmse, me, ns, and r2 for comparing the water surface profile were obtained at 34.3, 0.0052, 0.995, and 983 for the application of the rng model, respectively. also, using the rng model, the values of these indices for the velocity profile were obtained at 14.92, 0.127, 0.9982, and 962, respectively. in general, the error of the simulated water surface and velocity profile were obtained at 5.31 and 12.4 percent, respectively. moreover, the maximum error of the numerical simulation results of d2/d1, lj/d2, and lr/d1 was ±12, ±12, and 16%, respectively. therefore, the use of flow-3d software with the application of the rng turbulence model is recommended for numerical simulation of the hydraulic jump in different situations.