مقایسه ی شبیه های مختلف آشفتگی به منظور شبیه سازی مناسب جریانهای چگال در مجاورت محل کاهش شیب بستر

Numerical simulation of density currents near bed with slope reduction using various turbulent models Article 8، Volume 6، Vol 6/No16/Spring 2013، Winter 2013، Page 79-93 XML PDF (258 K) Document Type: Research Paper Authors N. Berahmand*; S.R. Mosavi Abstract Gravity or density current is produced due to a density contrast among two different fluids or among two layers of a single fluid. In this research work، the saline gravity current near bed with slope reduction was simulated numerically، using FLUENT software. The experimental results were used in order to calibrate the numerical model. The obtained results showed that density current was simulated accurately، using turbulent model (RNG type) and optimized grid. This result was found especially for the vertical profiles of local velocity and volumetric concentration (for both sub and supercritical sections)، the density height، the maximum value of mean velocity and the corresponding height of this velocity. The numerical results showed that both standard and RNG turbulent model was accurate for calculation of saline gravity current height. In this paper، using turbulent model (RNG type)، better similarity collapses of velocity profiles were obtained in comparison with concentration profiles. Moreover، due to ambient water height limitation، a circulation flow was found in numerical results. Finally، the numerical model indicated that for given initial conditions، as initial bed slope increases، the location of the density jump is moved farther downstream، and also the amount of ambient water entrained along the supercritical regions increases with the increase of the initial bed slope.
Keywords density current; bed slope discontinuity; numerical simulation; vertical velocity profile; vertical concentration profile جریان های چگال، به دلیل وجود تفاوت جرم حجمی مابین دو سیال، و یا مابین لایه های یک سیال، ایجاد می گردند. در این تحقیق با استفاده از یک شبیه عددی (نرم افزار پویای سیالات محاسباتی FLUENT) اقدام به شبیه سازی جریانهای چگال شور عبوری از روی یک بستر حاوی ناپیوستگی شیب گردید. گفتنی است که از نتایج آزمایشگاهی مطالعات گارسیا (1993) به منظور واسنجی و اعتبارسنجی نتایج محاسباتی کمک گرفته شد. معلوم گردید که استفاده از شبیه آشفتگی (از نوع RNG)، و شبکه ای با ابعاد بهینه، به خوبی می تواند ویژگی های جریان چگال شور را با توجه به مساله ی شکست شیب شبیه سازی نماید. این مطلب در مورد نیمرخهای قائم سرعت و غلظت موضعی (در مقاطع فوق و زیربحرانی پیش و پس از پرش چگال)، ضخامت جریان چگال، رخدادن پرش چگال، مقدار بیشترین سرعت موضعی و ارتفاع متناظر با این سرعت صادق می باشد. ضمنا، نتایج عددی جهت شبیه سازی ضخامت جریان چگال شور (در ناحیه زیربحرانی پس از پرش، و نیز در ناحیه پرش، بویژه در ناحیه ی فوق بحرانی پیش از پرش) نشان داد که علاوه بر شبیه آشفتگی از نوع RNG، شبیه آشفتگی از نوع معیار نیز سازگاری نسبتا مناسبی را با نتایج آزمایشگاهی از خود نشان می دهد. در این تحقیق، موقعیت بیشترین سرعت در ناحیه ی فوق بحرانی جریان چگال شور نسبت به ناحیه زیربحرانی به بستر، نزدیکتر بود. همچنین، استفاده از شبیه آشفتگی از نوع RNG منجر به نیمرخهای دقیقتری از سرعتهای موضعی نسبت به نیمرخهای قائم غلظتهای موضعی گردید. علاوه بر این، به علت محدودیت در عمق آب تمیز محیطی، یک جریان برگشتی در نتایج شبیه عددی مشاهده گردید. نهایتا، با افزایش شیب قسمت ابتدایی بستر، علاوه بر انتقال موقعیت پرش چگال به پایین دست جریان، مقدار اختلاط سیال محیطی با جریان فوق بحرانی پیش از پرش نیز در مقایسه ی با سایر قسمتهای جریان چگال افزایش بیشتری می یافت.