شبیه سازی عددی جریان بر روی سرریز استوانه ای با در نظر گرفتن مؤلفه‌ی زبری بااستفاده از شبیه ε-k معیار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• اکرم عباسپور ¹
• سعید هاشمی کیا ²

¹ استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز

² دانشجوی کارشناسی مهندسی آب دانشگاه تبریز

چکیده

با توجه به ماهیت نیمرخ سطح آب روی سرریزها، سرریزهای استوانه­ای در دسته بندی سرریز لبه کوتاه به شمار می­روند. از مهمترین مزایای آبی یک سرریز استوانه­ای، طراحی ساده، سهولت عبور اجسام شناور و الگوی پایدار جریان در مقایسه با طراحی سرریز منحنی پیوند شکل می­باشد. در این مقاله جریان بر روی سرریز استوانه­ای صاف و زبر با استفاده از شبیه‌ آشفتگی ε-k معیار به‌صورت دو بعدی شبیه سازی ‌شده و سطح آزاد جریان با روش VOF تعیین گردید. نتایج نشان دادند که شبیه آشفتگی k-ε معیار و روش VOF برای پیش بینی نیمرخ سطح آب و بده‌ی جریان بر روی سرریز استوانه­ای مناسب بوده، و خطای نسبی متوسط مقادیر بار آبی به‌دست آمده از شبیه عددی و اندازه گیری شده 1 تا 4 درصد می­باشد. تأثیر زبری سرریز استوانه­ای بر روی ضریب بده‌ بررسی شد و با مقادیر تجربی محققین قبلی مقایسه گردید. نیمرخ­های سرعت افقی پیش­بینی شده از انگاره درسلر و تابع جریان برای مقایسه با نتایج شبیه عددی ارائه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

• سرریز استوانه ای
• جزء حجم سیال ((VOF
• ضریب بده‌ی جریان
• شبیه آشفتگی ε-k معیار

20.1001.1.20086377.1392.6.18.7.7

---

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation and Experimental Investigation of Flow Over a Cylindrical Weir Considering the Influence of Roughness Using the Standard k-ε Model

نویسندگان [English]

• A. A ¹
• S. H ²

چکیده [English]

In terms of the nature of flow profile over weirs, cylindrical weirs are classified as short-crested weirs. Advantages of the cylindrical weir shape include the stable overflow pattern, the ease to pass floating debris, the simplicity of design compared to the ogee crest design. In the present study, numerical simulations of overflow cylindrical weir with smooth and rough surfaces were done employing two sizes using the standard k-ε turbulence model. The free surface was determined using the VOF method. Results showed that the k-ε turbulence model and the VOF method for predicting of the water surface and flow discharge were suitable, and the relative error of the predicted water head and measured value were within 1-4 %. The effect of roughness in a cylindrical weir on the characteristics of flow, such as discharge coefficient, were studied and compared with the results of previous studies. Predictions according to the Dressler’s theory and the horizontal velocity distribution obtained from the flow function over a curved bed are also presented for comparison.

کلیدواژه‌ها [English]

• Cylindrical weir
• volume of fluid
• discharge coefficient
• k-ε standard model

مراجع

2. Chanson, H., and J.S. Montes. 1997.
Overflow characteristics of circular
weirs. Res. Rep. No. CE154. The Univ.
of Queensland, Australia.
3. Chanson, H., and J.S. Montes. 1998.
Overflow characteristics of circular
weirs: effect of inflow conditions. J. Irrig.
Drain. Eng. ASCE. 124: 152-162.
4. Chonrong, L., A. Huhe, and M. Wenju.
2002. Numerical and experimental
investigation of flow over cylindrical
weirs. Acta Mech. Sinica. 18: 23-31.
5. Dressler, R.F. 1978. New nonlinear
shallow flow equations with curvature. J.
Hyd. Res. 16: 205–222.
6. Fluent. 6.3. 2006. User’s Guide. Fluent
Incorporated, Lebanon, N.H. Available at
http://www.fluent.com.
7. Haun, S., R.B. Nils, and R. Feurich.
2011. Numerical modeling of flow over
trapezoidal broad crested weir. Eng.
Appl. Comput. Fluid Mech. 5397-405.
8. Heidarpour, M., and M.R. Chamani.
2006. Velocity distribution over
cylindrical weirs. J. Hyd. Res. 44: 708–
711.
9. Liu, C.R., W.J. Ma, and A.D. HuHe.
2002. Numerical investigation of flow
over a weir. J. Acta. Mech. Sinica 18:
594-602.
10. Montes, J.S. 1964. On the influence of
curvature, surface tension and viscosity
on flow over round-crested weirs.
Discussion. Proc. Instn. Civil. Engrs.,
London. 28: 562-563.
11. Othman, K.I., T.A. Chilmeran, and A.I.A
Ibrahim. 2011. Effect of size and surface
roughness of circular weirs on overflow
characteristic. J. Al Rafidain Eng. 19: 77-
89.
12. Ramamurty, A.S., and N.D. Vo. 1993.
Characteristics of circular crested weir. J.
Hyd. Res. ASCE. 119: 1055-1063.
13. Tadayon, R., and A.S. Ramamurthy.
2009. Turbulence modeling of flows over
circular spillways. J. Irrig. Drain. Eng.
ASCE. 135: 260–262.