مدل سازی ریاضی افت انرژی در سرریزهای پلکانی با استفاده از مدل عددی ANSYS-CFX

در این تحقیق سرریز پلکانی با استفاده از مدل عددی CFX شبیه سازی شده و میزان استهلاک انرژی تحت تاثیر پارامترهای هندسی پلکان ها و دبی عبوری جریان از روی سرریز بررسی شده است. در این زمینه برای مدل سازی آشفتگی جریان از مدل تلاطمی k-ε استاندارد استفاده گردیده است. برای دست یابی به اهداف این تحقیق، در ابتدا مدل های عددی CFX نسبت به یک مدل آزمایشگاهی مورد واسنجی و صحت سنجی قرار گرفتند. نتایج حاصل از واسنجی و صحت سنجی نشان داد که پاسخ های مدل عددی CFX تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. پس از آن میزان استهلاک نسبی انرژی به ازای تعداد پلکان ها، دبی ها و شیب های مختلف در مدل عددی CFX مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که در سرریز ده پلکانی، دبی در واحد عرض 50  لیتر بر ثانیه بر متر، کاهش استهلاک انرژی در اثر افزایش دو برابر دبی، 96/21 درصد و در اثر افزایش دو برابر شیب، 38/11 درصد و در اثر افزایش دو برابر تعداد پلکان ها، 80/5 درصد می باشد. هم چنین نتایج حاصل از ارزیابی مدل های عددی نشان داد که افزایش دو برابری ارتفاع پله در یک سرریز، درصورتی که شیب سرریز ثابت بماند و  برابر با دو باشد موجب افزایش استهلاک انرژی به میزان 61/23 درصد می شود. با توجه به نتایج بدست آمده درمجموع می توان عنوان کرد که مدل عددی  CFX به دلیل دقت بالای نتایج بدست آمده نسبت به نتایج آزمایشگاهی و هم چنین هزینه کم محاسباتی می تواند جایگزین مناسبی برای برخی از روش های آزمایشگاهی پرهزینه و زمان بر باشد.