به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
جستجوی مطالب مجلات
ردیف ۱۰-۱ از ۲۷۰۶۰ عنوان مطلب
|
  • فریبا احمدی دهرشید، مجید حیدری*، مهدی یاسی، علیرضا خوش کنش
    پوشش گیاهی سیلابدشت می تواند خصوصیات جریان رودخانه را با اعمال یک نیروی کشانه اضافی تغییر دهد. در این پژوهش، ساختار جریان و خصوصیات تلاطم تحت اثر پوشش گیاهی دولایه ناهمگون در نوار کناری سیلابدشت های یک کانال مرکب مطالعه شد. در مطالعه این پدیده، از یک مدل عددی سه بعدی برای حل معادلات ناویر استوکس و ردیابی سطح آزاد استفاده شد. برای اطمینان از عملکرد مدل، نتایج عددی با استفاده از داده های مطالعات آزمایشگاهی پیشین اعتبارسنجی شد. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که این مدل دقت بالایی در بازتولید خصوصیات دینامیکی جریان دارد. در گام بعدی، مدل در پیش بینی تغییرات سطح آزاد و میدان سرعت جریان ماندگار در ناحیه دارای پوشش گیاهی سیلابدشت مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که شکل گیری گرادیان سرعت در فصل مشترک بین کانال اصلی و سیلابدشت، منجر به توسعه جریان های ثانویه و انتقال جرم و مومنتوم در این ناحیه می شود. همچنین، انرژی جنبشی تلاطم و اتلاف انرژی جریان عبوری از ناحیه دارای پوشش گیاهی در سیلابدشت نسبتا زیاد است، بنابراین نتیجه گیری شد که پوشش گیاهی ناهمگون می تواند موجب افزایش تلاطم و اتلاف انرژی جنبشی جریان شود. مقادیر بیشینه پارامترهای انرژی جنبشی تلاطم و شدت تلاطم در فصل مشترک سیلابدشت و کانال اصلی رخ داد. بنابراین، تلاطم قابل ملاحظه در فصل مشترک سیلابدشت و کانال اصلی می تواند انتقال جرم و مومونتوم را در این ناحیه تقویت کند.
    کلید واژگان: آبراهه مرکب, انرژی جنبشی تلاطم, پروفیل سرعت, پوشش گیاهی لایه ای, شدت تلاطم
    Fariba Ahmadi Dehrashid, Majid Heydari *, Mehdi Yasi, Alireza Khoshkonesh
    Floodplain vegetation can alter the flow characteristics of a river through the application of redundant drag forces. In this study, turbulence characteristics and flow structure were investigated under the influence of partially double-layered vegetation in a compound channel. To investigate the phenomenon, a three-dimensional numerical model was used to solve the Navier-Stokes equations and track the evolution of the free surface. To ensure the performance of the model, the numerical results were validated using data from previous experimental studies. The validation results showed that this model captured the flow dynamics with high accuracy. In the next step, the model was used to predict the free surface fluctuations and velocity field of the steady flow in the layered vegetated floodplains. The modeling results showed that the formation of a velocity gradient at the interface between the main channel and the floodplain can lead to the development of secondary flows and the mass and momentum exchange at this interface. In addition, turbulent kinetic energy and turbulent dissipation of the flow through vegetation in floodplains was observed in the numerical results. It was concluded that the layered vegetation can increase the flow turbulence and the dissipation rate of the flow energy. The maximum values of turbulence kinetic energy and turbulence intensity were observed at the interface between the floodplain and the main channel. Therefore, the flow disturbance at the interface between the floodplain and the main channel may increase the mass and momentum exchange in this region.
    Keywords: Compound channel, Double-layer vegetation, Turbulence Intensity, Turbulent kinetic energy, Velocity profile
  • ایمان خادمی، محمد اکبری نسب*، عباسعلی علی اکبری بیدختی، محمدرضا خلیل ابادی
    اختلاط تلاطمی، نقش مهمی در گردش ستون آبهای کم عمق ایفا می کند. مبحث تلاطم در سیالات یکی از اصولی ترین و مهم ترین مباحث است که همواره توجه اکثر دانشمندان و محققان علم دینامیک سیالات را به خود جلب می کند. در این تحقیق به بررسی پارامترهای موثر برتلاطم با استفاده از مدل یک بعدی تلاطم اقیانوسی (GOTM) در بخش جنوبی تنگه هرمز پرداخته شده است. در این تحقیق ابتدا برای یک ایستگاه در بخش جنوبی تنگه هرمز، داده های اندازه گیری شده دما و شوری در اعماق مختلف و با گام سه ساعت ( با استفاده از داده های اندازه گیری شده در سال 1997 با گام نیم ساعته توسط دانشگاه میامی) و اطلاعات هواشناسی شامل سرعت باد، فشار هوا، ابرناکی، رطوبت، دما هوا با گام سه ساعت در سال 1997 به عنوان ورودی به مدل اعمال می شود، در این مدل، با استفاده از معادله بستار تلاطمی ، به روش طرحواره بستار تلاطمی مرتبه دوم، پارامترهای تلاطم همچون نرخ انرژی جنبشی تلاطم، محصولات شناوری و مقادیر میانگین عدد پرانتل در فصول مختلف مدلسازی شد. در این تحقیق، بررسی عدد پرانتل تلاطمی، برتری وشکسانی تلاطمی نسبت به پخش شناوری در اعماق میانی را نشان می دهد.
    کلید واژگان: انرژی جنبشی تلاطم, عدد پرانتل, تنگه هرمز
    Mohammad Akbarinasab *, Abbas Ali Bidokhti, Mohammad Reza Khalilabadi
    Turbulence is a form of movement characterized by an irregular or agitated motion. Turbulent motions are very common in nature. Most flows in the lower atmosphere and in the upper ocean are turbulent. The Turbulence has long had a special attraction for physicists and mathematicians; it has been called “the last great unsolved problem of classical physics”.
    In this study, hydrphysical measured data in the southern part of the Strait of Hormuz and with time step of half an hour during the period December 1996 to March 1998, by the University of Miami, and the meteorological station in island of Gheshm are used , then turbulence was simulated by General Ocean Turbulence Model (GOTM( . The results showed that, turbulent kinetic energy (TKE) in different seasons, with different penetration depths were appeared at during the year. In the cold season, the kinetic energy of the turbulent expands from surface to bottom and in the warm seasons because of existing the seasonal thermocline, depth penetration of TKE are limited, and only expands from surface to top of thermocline layer. In this study, investigation of the turbulent Prandtl number (Pr) shows that, effect turbulent viscosity Preference to the production buoyancy in the middle depth.
    Keywords: Tturbulent kinetic energy, Prandtl number, Strait of Hormuz
  • محمدعلی ثقفی، عباسعلی علی اکبری بیدختی
    هدف از این تحقیق، بررسی ساختار قائم و تغییرات زمانی (شبانه روزی) شارش و تلاطم در لایه مرزی منطقه شهری با توپوگرافی پیچیده (تهران) است. به این منظور از داده های دستگاه سودار (Sodar) مدلPA1 برای ارتفاع های 50 متر به بالا، داده های ایستگاه هواشناسی به منزله مرجع سطح زمین در تاریخ های 13 تا 24 اوت 2002 و داده های دستگاه بادسنج فوق صوتی ماه اوت 2005 موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران استفاده شده است. روزهایی انتخاب شده اند که سامانه همدیدی در منطقه وجود نداشته، آسمان تقریبا صاف (حضور ابرهای کومه ای در برخی ساعت ها در چند روز) و باد سطح 10 متر از 5 فراتر نرفته (میانگین حدود3) و رطوبت نسبی کم (میانگین حدود 25%) باشد؛ طوری که گردش های محلی اثر غالب داشته باشند. داده های به کار رفته برای رسم نمایه های قائم کمیت ها، میانگین 12 روزه (13-24 اوت 2002) برای 4 ساعت 09:30، 15:30، 21:30 و 03:30 محلی هستند. با توجه به نمودارها، کمیت های متفاوت، تقریبا تغییرات شبانه روزی از خود نشان می دهند. نمودارهای، و (به ترتیب نشانگر انحراف معیار مولفه های افقی سرعت باد (و) و مولفه قائم سرعت باد ()) نشان می دهند که تلاطم طی شب تقریبا پیوسته است، ولی نسبت به روز تضعیف شده است. نمودار انرژی جنبشی تلاطمی () نشان می دهد که هنگام روز این کمیت بیشینه و در شب کمینه مقدارش را دارد که بیانگر افزایش انرژی جنبشی تلاطمی هنگام روز و کاهش آن طی دوره پایدار شبانه است. داده های سودار، متوسط های فضایی 25 متری هستند که حذف لایه های تلاطمی احتمالی موجود در این محدوده متوسط گیری را در پی خواهد داشت. این متوسط گیری، سبب ایجاد اعداد ریچاردسن بزرگ خواهد شد که در نمودار مربوط به مشاهده می شود. مولفه های شدت تلاطم و، تقریبا برابرند و طی شب تقریبا چهار برابر و در روز تقریبا سه برابر هستند. این موضوع نشان دهنده آن است که در روز، تولید انرژی جنبشی تلاطمی، ترکیبی از اثرات شناوری و برشی و طی شب، بیشتر ناشی از اثرات برشی است. بررسی رفتار کمیت تلاطمی که مرتبط با جمله های تولید سرچشمه شناوری و مکانیکی انرژی جنبشی تلاطم است، تاثیر ترمال ها (thermal) و زبری را بر ویژگی های توضیح می دهد. مقادیر در ساعت های متفاوت با ارتفاع کاهش می یابد که ناشی از افزایش تولید مکانیکی و شناوری تلاطم در لایه سطحی است. هنگام شب مقادیر این کمیت حتی در حضور برش باد کمتر است که این می تواند ناشی از اثر تابش کلی بر این کمیت در هنگام روز، به ویژه در شرایط باد نسبتا کم باشد. تحلیل موجک تندی باد با استفاده از داده های متوسط گیری شده یک دقیقه ای بادسنج فوق صوتی در لایه سطحی، ساختاری تقریبا موجی و پیوسته و با دوره تناوب 6 تا 90 دقیقه نشان می دهد که ممکن است مربوط به نوسان های تلاطمی و امواج نامنظم و منظم درونی باشد.
    کلید واژگان: توپوگرافی پیچیده, منطقه شهری, سودار, تلاطم, امواج درونی
    Mohammad Ali Saghafi, Abbas Ali Aliakbari Bidokhti
    In this paper, the flow and turbulence structure in the boundary layer of an urbanizedregion with complex topography (Tehran) was studied using data from a meteorologicalstation, Sodar (PA1 Model) for heights above 50m, on days 13 through 24 of August,2002, and an ultrasonic anemometer, located in Tehran University Geophysics Institute,in August 2005. Days for observation were selected such that they were without anyactive synoptic system in the region, the skies were clear, wind speed at 10 m did notexceeded 5 meters per second, and the relative humidity was low. The data used for thevertical profiles are 12-day averages for 4 local hours, namely: 09:30, 15:30, 21:30 and03:30.The study of turbulence using the gradient Richardson number shows that, during theday, the boundary layer is generally turbulent while, at nights, in addition to the reductionof turbulence intensity, the depth of the turbulent region of the boundary layer alsodecreases. Tests done by Monti et al. (2002) have shown that the Rig is not sensitive to thetime of averaging in range30 s  Tav  900 s. The Sodar data are also 15 minutes averagedof the measurements. Additionally, Sodar data are spatial average of 25-meter, and sothis averaging may filter out some turbulent layers in the profiles. This averaging maycause large Richardson numbers.Graphs of u s, v s and w s show that nearly continuous turbulence occurs during the night,but the values are weaker with respect to daytime turbulence. The TKE diagram showsthat this quantity has a daytime maximum value and a nighttime minimum, indicating theeffect of stability on turbulence generation. Turbulent intensity componentsusu andusvare almost the same, and are also four times that ofusw during the night and nearly threetimes ofusw during the day. This shows that turbulent kinetic energy production is acombination of buoyancy and shear effects during the day and is mostly due to the effectsof shear during the night.A study of the behavior of turbulent quantity (sw) / z 3, in association with buoyancyand mechanical turbulent kinetic energy source production terms, explains the thermaland roughness effects on the characteristics of TKE. Values of diurnal z (sw) / 3 arereduced relative to height at different hours due to the increased production of mechanicaland buoyancy turbulence in the surface layer. Values of these quantities are low even inthe presence of wind shear that can be due to radiation-induced effects on these quantitiesduring the day, especially in relatively low wind conditions.Wavelet analysis of wind speed using ultrasonic anemometer data with one-minuteaveraging in the surface layer shows mostly wavy and continuous structures with periodsof 6 to 90 minutes that are related to turbulent fluctuations and both regular and irregularinternal waves.It seems that the topography-induced flows (down slope, upslope and drainage flows)and urban effects (flows from thermal islands and their interactions with artificialtopography such as high buildings, roads and vegetation) cause important changes in thecirculation of the wind flows of the region when synoptic systems are absent. Local flowsin the region with the effects of complex terrains are generated by pressure gradients andthermal forcing. Urban flows span a wide range of space and time scales. These factorschange turbulence and vertical wind profiles.The time series of various quantities show approximately diurnal variations. Verticalprofiles of turbulent quantities show that the flow is stratified in the lower section of theboundary layer (under 500m). The depth over which the katabatic flow occurs reachesabout 200 meters. This stratified lower section of the boundary layer possibly caused bythe effects of complex topography, the urbanization of the region and their circulationinteractions (especially during the night, when they reinforce each other). The height ofthis layer doubles during daytime. The layering of the wind profile may be due to airintrusion from various slopes originating from different sources according to Monti et al.(2002), or to the structure of generated internal waves.
    Keywords: Turbulence, urban area, Sodar, internal waves, complex topography
  • امیر قادری*، سعید عباسی
    سرریزهای پلکانی از طریق ایجاد سطح مقاومتی و زبری پله ها در برابر جریان عبوری از خود، باعث استهلاک انرژی می شوند. در این تحقیق طرح اصلاح پله ها از طریق ایجاد المان های مکعبی شکل بر روی پله در آرایش های مختلف و شرایط هیدرولیکی متفاوت به منظور بهبود عملکرد سرریزهای پلکانی از طریق افزایش میزان استهلاک انرژی درنظرگرفته شده است. بدین منظور و با استفاده از نرم افزار FLOW-3D، تاثیر المان های روی پله بر روی نحوه توزیع سرعت، فشار، میزان انرژی جنبشی تلاطم و در نهایت میزان استهلاک انرژی جریان روی سرریز های اصلاح شده بررسی و با سرریز پلکانی ساده مقایسه شده است. نتایج عددی نشان داد که ایجاد المان های روی پله، باعث برخی نوسانات بر روی سطح جریان و افزایش شدت برخورد جریان از طریق انحراف تیغه های جریان از مسیر موازی خود می شوند. ایجاد المان های روی پله، باعث کاهش سرعت تا حدود 10 درصد، افزایش انرژی جنبشی متلاطم تا 54 درصد و افزایش 6.42 درصدی استهلاک انرژی در مدل های اصلاح شده نسبت به مدل پلکانی ساده گردید. بر روی وجه افقی پله ها فشار منفی وجود نداشت و فشار حداکثر در اواسط پله و متمایل به انتهای پله روی می دهد. وجود المان ها بر روی پله، باعث کوچک تر شدن نواحی فشار منفی در وجه قایم سرریز پلکانی می شوند و خطر ایجاد پدیده کاویتاسیون را کاهش می دهند. مدل المانهای ترکیبی در بین آرایش ها بهترین عملکرد را داشته و کاهش ارتفاع المانها باعث بهبود رفتار آن ها می شود.
    کلید واژگان: سرریز پلکانی اصلاح شده, توزیع سرعت, کانتور فشار, انرژی جنبشی متلاطم, استهلاک انرژی, مدل عددی
    Amir Ghaderi *, Saeed Abbasi
    Introduction
    Stepped spillways are a common structure for energy dissipation by creating frictional resistance to flow through the steps. Based on the studies and depending on flow conditions, the flow over a stepped spillway is usually categorized into three regimes: nappe, transition, and skimming. The stepped spillway is often designed for skimming flows. There were different studies investigating various aspects of stepped spillways, but what is important in this type of spillway is increasing the effectiveness of steps in the rate of energy dissipation. This can be done by a new type of step structure (i.e., inclination angles on steps or using a sill on the edge of a step and cases like that) or geometric alteration and change of steps called labyrinth stepped spillways. Therefore, it is scientifically beneficial to modify the shape of the step of the stepped spillway to increase its collision and roll to achieve energy dissipation. The present study deals with the design of step modification by creating cubic elements on the steps in different arrangements and different hydraulic conditions. This has been considered to improve the performance of stepped spillways by increasing the energy dissipation. For this purpose, using FLOW-3D software, the influence of geometric appendance elements on the steps on the velocity distribution, pressure, the turbulent kinetic energy (TKE), and finally the flow resistance and the energy dissipation on modified spillways was investigated and compared with the flat stepped spillway.
    Methodology
    The physical model for verifying the numerical results was carried out in a rectangular flume with a length of 12 m, a width of 1.2 m, and a height of 0.8 m. The experiments were conducted on a stepped spillway with a slope of 26.60° and consisted of 10 steps with step length (l) and height (h) of 0.06 and 0.12 m, respectively. Stepped spillway models in numerical study include flat models and models with cubic elements placed on the steps in four arrangements of two side, zigzag, center, and hybrid AE elements and two heights of elements h/2 and h/4 (h step height). The commercially available CFD program FLOW-3D was used for the numerical simulations. The RNG k-ε turbulence model was employed for the turbulence calculations. To obtain mesh-independent results, three different mesh sizes were used, and the grid convergence index (GCI) methodology was employed to select the appropriate mesh. As a result, the mesh consisting of a containing block with a cell size of 1.3 cm and a nested block of 0.95 cm was selected. In the fluid domain, the boundary conditions were set according to the experimental conditions. In the upstream of the domain, a discharge flow rate (Q) definition was set. The downstream section was treated as an outflow (O) boundary condition. The bottom and the sides behave as rigid walls (W). For the upper boundary, the atmospheric pressure boundary, and at the inner boundary conditions, symmetry (S) was used.
    Results and Discussion
    The results showed that the appendance elements on the steps cause some fluctuations on the flow surface and increase the intensity of the current collision by deviating the flow from its parallel path. The result is reduced velocity by about 10%, an increase of 54% in TKE, and an increase of 6.42% in energy dissipation on modified models compared to the flat stepped model. There was no negative pressure on the horizontal plane of the steps, and the maximum pressure occurred in the middle of the steps and inclined to the end of the steps. The appendance elements reduce the negative pressure areas on the vertical surface of the steps and reduce the risk of cavitation. The hybrid element model performs best in other arrangements, and reducing the height of the elements improves their behavior.
    Conclusion
    According to the obtained results, it can be concluded that the appendance elements on the steps improved the hydraulic performance of stepped spillways by increasing the roughness of the steps, increasing energy dissipation, reducing the flow velocity over the spillway and reducing the risk of cavitation by reducing the negative pressure in the vertical plane of the steps. The use of cube-shaped elements on the steps and in the hybrid arrangement is suggested.
    Keywords: Modified stepped spillway, Velocity Distribution, Pressure contour, Turbulent kinetic energy, Energy dissipation, Numerical Model
  • خسرو اشرفی، مجید شفیع پور مطلق، حدیث عباس زاده امیردهی *

    راه حل های متعددی برای محاسبه میزان صعود پیرایه ستون دود موجود است. دود هنگام خارج شدن از دودکش تحت تاثیر باد جانبی قرار می گیرد که سبب خم شدن پیرایه ستون دود می شود. سرانجام صعود پیرایه ستون دود متوقف و این میزان از صعود برای تعیین ارتفاع موثر نشر به ارتفاع واقعی دودکش اضافه می شود. از آنجا که معادلات و مدل های موجود در زمینه صعود پیرایه ستون دود، بر اساس ساده سازی هایی به دست آمده اند و بسیاری از آن ها قادر به محاسبه دقیق صعود پیرایه ستون دود در شرایط جوی مختلف نیستند، می توان صعود پیرایه ستون دود را در شرایط جوی مختلف با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی کرد. در این مقاله به منظور شبیه سازی خیزش پیرایه ستون دود، یک دودکش با مشخصات معلوم در محیط گمبیت شبکه بندی شده، سپس این شبکه بندی به نرم افزار فلوئنت انتقال یافته است. در نرم افزار فلوئنت با استفاده از امکانات تعریف توابع از سوی کاربر شرایط اولیه با نیمرخ های لایه مرزی جو در حالت خنثی وارد شده و سپس خیزش ستون دود در شرایط خنثای جوی برای دودکشی دارای مومنتوم و شناوری اولیه در دو حالت شبیه سازی شده است. در حالت اول شتاب جاذبه در نظر گرفته می شود و در حالت دوم بدون در نظر گرفتن شتاب جاذبه ثقلی شبیه سازی شکل می گیرد. نتایج برای حالتی که در آن شتاب جاذبه ثقلی لحاظ نشده 66 درصد بیشتر از نتایج حاصل از معادلات نیمه تجربی است، اما با در نظر گرفتن شتاب جاذبه ثقلی، قسمت زیادی از جرم خروجی از دودکش در اثر جاذبه به سمت زمین کشیده می شود. بنابراین، غلظت آلاینده ها در ارتفاع دودکش کاهش می یابد و به علت سبکی، بیشتر تحت تاثیر نیروی شناوری قرار می گیرد و مقدار صعود پیرایه ستون دود 5/2 برابر حالتی می شود که شتاب جاذبه ثقلی در نظر گرفته شده است.

    کلید واژگان: انرژی جنبشی تلاطم, شبیه سازی عددی, صعود پیرایه ستون دود
    Khosro Ashrafi, Majid Shafiepour, Motlagh, Hodeis Abbaszadeh, Amirdehi
    Introduction

    Air pollution has harmful effect on human health and the environment. Accordingly, considerable effort has been put to analyze the air pollutants. One important issue is the spatial distribution of these pollutants. Dispersion of the pollutants released from sources on the ground is mostly driven by the planetary boundary layer where turbulent flow causes mixing of the content of the stationary ground layer of atmosphere with higher moving layers and thereby clears out the pollutants rapidly. To predict the dispersion of air pollution in the atmosphere, researchers investigate the behavior of plume rise under certain conditions. Two factors critically affect the result of the test: primary plume rise and its dispersion. In this work, we study the effective height of emission which determines the dispersion of the pollutants. The height of the plume has been subjected to semi-empirical and to more accurate numerical studies. These approaches suffer from some shortcomings. For instance, the gravitational effects and fluctuations of the wind speed are neglected. Numerical approaches are typically based on a Gaussian plume rise model so called ISC3 (published by EPA). In this paper plume rise of emission of an air pollutant is simulated using Fluent software which allows one to input natural wind velocity profile and to consider the gravity. Another advantage of this approach lies in the usage of turbulent kinetic energy (TKE) and temperature profiles. In this work, theoretical plume rise using the ISC3 model were being calculated at first. The calculated values of xf and ∆h are equal to 437.85 m and 50.87m, respectively. Then, the dispersion was being simulated accordingly using Fluent and the results were compared with those of the numerical studies.

    Keywords: numerical simulation, plume rise, turbulence kinetic energy
  • علی اکبر شمسی پور، فهیمه نجیب زاده، زینب حسین پور
    جهت وزش بادها و شرایط تلاطمی و شارهای درون جو مجاور سطح زمین از مهم ترین عوامل جوی موثر در الگوی پراکنش و پخش انواع آلاینده های هوا پس از خروج از منابع انتشارات آن هاست. در این پژوهش با استفاده از شاخص ترمودینامیکی ترکیبی اولری لاگرانژی (EDMF) موجود در مدل میان مقیاس آلودگی هوا (TAPM)، الگوی پراکنش آلاینده ها در جو مجاور سطح زمین در شرایط هوای ناپایدار و وزش باد در شهر تهران مورد مطالعه قرار گرفت. برای انتخاب روزهای مورد بررسی از داده های سه ساعتی سه ایستگاه هواشناسی سطح شهر تهران استفاده شد. بنابراین دو روز دارای وزش باد قابل توجه در هر سه ایستگاه همدید مورد بررسی شامل یک روز از دوره گرم سال و یک روز از دوره سرد سال انتخاب شد و با تهیه نقشه های جوی سطحی و ترازهای بالا وضعیت عمومی هوای حاکم بر منطقه مورد بررسی قرار گرفت. داده های انتشارات از دو منبع نیروگاه و پالایشگاه نفت تهران واقع در جنوب شهر به مدل معرفی شد. اجرای مدل در ورودی هواشناسی با سه یاخته تودرتو با ابعاد افقی 4، 9/3 و 3 کیلومتر و ورودی آلودگی با ابعاد 1000، 975 و 750 متر تعریف شد. ورودی آلودگی بر مبنای مدل های اولرین و لاگرانژین تعریف و خروجی های آن ها برای درونی ترین شبکه محاسبه شد. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از آن است که شرایط وزش باد، افزایش میزان انرژی جنبشی تلاطم ناشی از سرعت باد و شرایط ناپایدار جوی، با انتقال افقی آلاینده ها و ایجاد حرکات قائم فرازشی سبب تعدیل آلودگی می شود.
    کلید واژگان: آلودگی هوا, تهران, شاخص های ترمودینامیکی, TAPM, EDMF
    Aliakbar Shamsipour, Fahimeh Najibzadeh, Zeynab Hosseinpur
    Introduction
    Population growth، along with the rapid development in industrial and many urban sectors، and lack of sustainable development approach in urban planning are all caused great changes in environment in form of pollution and ravage. In urban environments، complexity of spaces and urban manmade phenomena as well as the lack of regular and continuous measurement of atmospheric elements and components such as surface fluxes، turbulence intensity، overnight stable layer depth and inversion layer، daily mixed and boundary layer and energy balance components which are generally the input of dispersion models have made uncertain mechanisms in dispersion of pollutants over Tehran. One of the important aspects in the study of air pollution is how the pollutants disperse from sources of emissions. Wind direction، turbulence conditions and fluxes in near surface atmosphere are the most important climatic factors that affect dispersion pattern and distribution of air pollutants leaving from emission sources. Study AreaTehran having a population of about 8،300،000 and a 15 million-plus metropolitan area is Iran''s largest city and urban area، and one of the largest cities in southwest Asia. Tehran (35° 42′ N، 51° 25′ E) covers an area of 750 km2 and is situated in a semi-enclosed basin south of the Alborz Mountains. Its location for a big city is unusual، since it is not near a river or even close to the sea. The average annual rainfall is approximately 230 mm، with most precipitation falling in autumn and winter months. Due to high elevation (approximately 1140 m)، aridity and latitude، the city experiences four seasons. Climate can be extremely hot in summer (with mid-day temperatures ranging between 30 oC to 40 oC)، and cold in winter when nighttime temperatures can fall below freezing point. Local precipitation is absent for six months of the year on the low-lying areas. Tehran suffers from severe air pollution and the city often covers by smog making breathing difficult and causing widespread pulmonary illnesses. It is estimated that about 27 people die each day from pollution-related diseases. According to local officials، 3،600 people died in a single month due to the hazardous air quality. 80% of the city''s air pollution is due to cars. The remaining 20% is due to industrial pollution. Other estimates suggest that motorcycles alone account for 30% of air and 50% of sound pollution in Tehran. Tehran is bound in the north by the massive Alborz mountain range that is stopping the flow of the humid Caspian wind. As a result، thermal inversion that traps Tehran''s polluted air is frequently observed.
    Material And Methods
    The methodology is based on undertaking literature review to develop theoretical foundations and explanation of the research method. In this research، three-hourly wind velocity and wind direction data and air temperature of 2006 were obtained from Geophysics، Mehrabad and the Shemal-e-Tehran weather stations (Table 1). Also atmospheric gridded data obtained from NCEP/NCAR reanalysis dataset for surface and 700 hPa levels for prepared synoptic maps using GrADS software (Table 2). Mehrabad upper level atmospheric data has been taken from the University of Wyoming are used to identify effective thermodynamic indices on intensified or mitigation air pollution in Tehran. Moreover، two site emission data available in SO2 of chimney exits south of Tehran including Tehran oil refinery source point and thermal power plant source point were used (Table 3). In this research، using EDMF thermodynamic index available in The Air Pollution Model (TAPM)، the dispersion pattern of pollutants in the air near the surface were studied under unstable weather and windy conditions over Tehran. Three-hourly meteorological data from three stations in Tehran were used to select two case studied. So two days with significant wind in all three weather stations were selected that they also include days of warm and cold periods. Then prevailing weather condition in synoptic-scale weather systems were evaluated by providing surface and upper level weather maps. Emission data from two point sources of Power plant and Tehran’s oil refinery in south of Tehran used as the input to model. Atmospheric model with three nested cells with 4، 3. 9، and 3 Km dimensions and pollution input with nets respectively 1000، 975، and 750 m were imported to model software. Pollution input is defined based on Eulerian and Lagrangian dispersion models، and their outputs were calculated for the innermost grid.
    Results And Discussion
    In September 27 and March 21، a low pressure is seen in the surface in southeast of Caspian Sea and a high pressure is located over northwestern Iran. Barometric trough with contours of 1008 to 1011 hPa of it is drawn to Tehran area. Wind vectors represent weak surface western wind over the area. At 4 AM local time، the values of the vertical velocity (Omega) are positive which represent the stable conditions; however، at 4 PM local time omega becomes negative up to the level of 425 hPa and represents the unstable conditions (fig 3 and 4). Based on surface synoptic map in March 21، wind vectors represent high velocity and westerly direction. At 4 AM local time، vertical velocity is positive that indicates descending conditions، but in 4 PM it becomes negative and represents ascending condition (Fig 5 and 6). The result of model output for both dates show different atmospheric conditions in different time scales. Analysis of the Probability Density Function (PDF) for the summer wind condition (September 27) show that in 66% of winds in this day show 2 and 3 m/s velocity، and more than 53% of winds blow from northwest. Figures 7 to 11 show that the instability and turbulence conditions intensify in daytime and reduce at night. Figures 12 and 13 show the differences of spatial dispersion of pollutants in the daily average with (a) Eulerian and Lagrangian dispersion models for summer under windy conditions. Analysis of windy conditions in winter (March 21) by PDF is shown in figure (15). It shows westerly winds dominant and in this time more than 85% of winds velocity is more than 3 m/s. During winter condition، dispersion of pollutants in both Eulerian and Lagrangian models are the same in terms of density and wind direction of dispersions (fig 19).
    Conclusion
    Simulation results indicate that in windy conditions of warm period، in south of Tehran with dry and hot air and soil، turbulent kinetic energy increases due to wind velocity and unstable atmospheric conditions and horizontal transfer of pollutants is associated with upward movement. Conversely، in the cold period، wind causes to increase the cooling air، so it result to decrease of turbulent kinetic energy in the atmosphere، hence pollutants are mostly transport horizontally.
    Keywords: Air pollution, thermodynamic indeces, TAPM, EDMF, Tehran
  • حمیدرضا کاویانی*، احسان بشتالم
    مدل های زیرشبکه برای پیش بینی اثر گردابه های کوچک در روش LES به کار می روند و عملکرد آنها در محاسبه تنش رینولدز و انتقال انرژی جنبشی تلاطم به شبکه دارای اهمیت است. در این مقاله به بررسی تاثیر مدل های زیرشبکه بر محاسبات صوت آیرودینامیکی پرداخته شده است. بدین منظور از پنج نوع مدل زیرشبکه مختلف شامل Smagorinsky-Lilly، WMLES،WMLES S-Omega ، WALE و KET استفاده شده است. قبل از اعتبارسنجی آکوستیکی، همگرایی آماری هر روش با استفاده از ضرایب آیرودینامیکی برآ، پسا و فشار مورد بررسی قرار گرفته، و مدل WMLES S-Omega به علت ناپایداری کنار گذاشته شده است. نتایج به دست آمده برای سطح فشار صوت با استفاده از داده های گزارش شده حاصل از تونل باد ناسا اعتبارسنجی شده است. اعتبارسنجی در باند یک سوم اکتاو و فرکانس پانصد تا هشت هزار هرتز صورت گرفته است. مطالعه الگوی جریان بیانگر تفاوت در پیش بینی محل جدایش و مقیاس طولی گردابه ها در مدل های مختلف است که تاثیر زیادی بر نتایج آیروآکوستیکی و آیرودینامیکی دارد. براساس نتایج به دست آمده مدل WALE از نظر مقدار صوت و روند تغییرات آن در فرکانس های مختلف بهترین دقت را در بین مدل های زیرشبکه ارایه نموده است.
    کلید واژگان: ایروآکوستیک, شبیه سازی گردابه های بزرگ, مدل زیرشبکه, فاکس ویلیامز-هاوکینز
    Hamidreza Kaviani *, Ehsan Bashtalam
    Subgrid models are employed to predict the effect of small eddies in the LES method, and their performance is important in calculating the Reynolds stress and transferring the kinetic energy of turbulence to the grid. In this paper, the effect of sub-grid scale models in the LES method on the calculation of aerodynamic sound is investigated. For this purpose, five different sub-grid scale models including Smagorinsky-Lilly, WMLES, WMLES S-Omega, WALE, and KET have been used. First, the statistical convergence of computational methods has been investigated by employing aerodynamic coefficients, and the WMLES S-Omega model has been discarded due to aerodynamic instability. The near-wall flow study reveals models’ differences in the prediction of separation location and length-scale of vortices, which has changed the flow pattern. Aeroacoustic results obtained for the sound pressure level in the one-third octave band are validated using experimental data for the Naca-0012 3D airfoil. Based on the obtained results, the WALE model has presented the best approximation among different models in terms of the amount and trend of sound changes in different frequencies.
    Keywords: Aeroacoustics, LES, Sub-grid scale, Ffowcs Williams&ndash, Hawkings
  • داود باولی بهمئی، یحیی عجب شیرچی، شمس الله عبدالله پور*، سامان آبدانان مهدی زاده

    این تحقیق با هدف بهینه سازی هم زنی در هاضم های بی هوازی گاز-بالابر لجن فاضلاب شهری انجام شد، زیرا هم زنی یکنواخت برای ارتباط موثر بین باکتری های متانوژن و مواد مغذی مهم است. نمونه برداری لجن فاضلاب شهری در تصفیه خانه غرب اهواز (چنیبه) در تابستان 1401 انجام شد. یک مدل برای شبیه سازی، بهینه سازی و تایید فرآیند شبیه سازی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) توسط نرم افزار ANSYS Fluent 19.0 ارایه شد. سرعت گاز ورودی به هاضم تعیین شد و یک لوله گاز- بالابر و بافل آویزان مخروطی به طرح هاضم اضافه شد. سرعت های مختلف گاز ورودی برای بهینه سازی اختلاط در هاضم مورد بررسی قرار گرفت و شاخص های ارزیابی مانند سرعت ذرات لجن، گرادیان سرعت ذرات لجن، انرژی جنبشی تلاطم و ویسکوزیته گردابی ذرات لجن مورد ارزیابی قرار گرفت. سرعت بهینه گاز ورودی 0.3 ms-1 تعیین شد. نتایج شبیه سازی با استفاده از روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) تایید شد و درصد همبستگی کافی بین کانتورهای CFD و PIV وجود داشت (98.8% در محل اتصال دیواره به کف هاضم). نتایج نشان داد که مدل مورداستفاده برای شبیه سازی، بهینه سازی و تایید فرآیند شبیه سازی موفق بوده است و می توان آن را برای هاضم های بی هوازی گاز- بالابر استوانه ای شکل با نسبت ارتفاع به قطر 1.5، نسبت قطر لوله گاز- بالابر به قطر هاضم 0.2، نسبت ارتفاع لوله گاز- بالابر به ارتفاع سیال 0.75، فاصله بافل آویزان مخروطی از سطح سیال 0.125 برابر ارتفاع سیال و قطر بیرونی بافل به قطر هاضم 2/3 توصیه کرد.

    کلید واژگان: دینامیک سیالات محاسباتی (CFD), سرعت سنجی تصویر ذرات (PIV), شبیه سازی, هضم
    D. Baveli Bahmaei, Y. Ajabshirchy, Sh. Abdollahpour *, S. Abdanan Mehdizadeh

    This research aims to optimize the mixing process in gas-lift anaerobic digesters of municipal sewage sludge since mixing and maintaining uniform contact between methanogenic bacteria and nutrients is essential. Wastewater municipal sludge sampling was performed at the Ahvaz West treatment plant (Chonibeh, Iran) during the summer of 2022. A Computational Fluid Dynamics (CFD) model was implemented to simulate, optimize, and confirm the simulation process using ANSYS Fluent software 19.0. The velocity of the inlet-gas into the digester was determined and a draft tube and a conical hanging baffle were added to the digester design. Different inlet-gas velocities were investigated to optimize the mixing in the digester. Furthermore, turbulence kinetic energy and other evaluation indexes related to the sludge particles such as their velocity, velocity gradient, and eddy viscosity were studied. The optimal inlet-gas velocity was determined to be 0.3 ms-1. The simulation results were validated using the Particle Image Velocimetry (PIV) method and the correlation between CFD and PIV contours was statistically sufficient (98.8% at the bottom corner of the digester’s wall). The results showed that the model used for simulating, optimizing, and verifying the simulation process is valid. It can be recommended for gas-lift anaerobic digesters with the following specifications: cylindrical tank with a height-to-diameter ratio of 1.5, draft tube-to-digester diameter ratio of 0.2, draft tube-to-fluid height ratio of 0.75, the conical hanging baffle distance from the fluid level equal to 0.125 of the fluid height, and its outer diameter-to-digester diameter of 2/3.

    Keywords: Computational Fluid Dynamics (CFD), Digestion, Particles Image Velocimetry (PIV), simulation
  • خسرو اشرفی، علی احمدی ارکمی، مجید شفیع پور مطلق
    اغلب سامانه ها در طبیعت دارای دینامیک غیرخطی هستند و خطی سازی آنها تنها یک فرض ساده کننده است. تلاطم در جریان های جوی نیز اغلب حاکم است و آرام بودن یا آرام فرض کردن آنها، به عنوان ساده سازی مساله تلقی می شود. در صعود و پراکنش پره دودکش Plume) (Stack، بویژه در فواصل نزدیک به آن، تلاطم جوی و تلاطم ناشی از پره دود خروجی از دودکش تاثیر قابل توجهی دارند. هدف اصلی این پژوهش بررسی تاثیر تلاطم جوی بر پره دودکش است. رسیدن به این مهم، نیازمند پیش بینی مناسب نقش تلاطم در رفتار پره دودکش و صرف هزینه محاسباتی کمتر در مقایسه با دقت شبیه سازی است؛ بنابراین در این پژوهش برای نخستین بار از ترکیب روش های شبیه سازی پیچک های بزرگ و میانگین گیری رینولدز به منظور شبیه سازی رفتار پره دودکش و یک روش ترکیبی دینامیک برای پارامترسازی نقش پیچک های ریز استفاده شده است. شبیه سازی عددی رفتار پره دود با استفاده از روش مذکور و متداول انجام گرفت. توزیع دما در فواصل مختلف پایین دست دودکش با داده های تجربی مقایسه و صحت نتایج بررسی شد. نتایج نشان داد که روش ترکیبی پیشنهادی نسبت به روش های میانگین گیری رینولدز و روش ترکیبی موجود در نرم افزار فلوئنت، توزیع دما در پایین دست را با دقت بیشتری پیش بینی می کند. همچنین خطای تخمین صعود پره دود محاسبه شده با روش های میانگین گیری رینولدز، روش ترکیبی موجود در نرم افزار فلوئنت و روش ترکیبی پیشنهادی در حالت خنثای جوی به ترتیب برابر با 0437/0، 054/0 و 0323/0 است. با مقایسه صعود پره دودکش با معادله انتگرالی بریگز، مشاهده شد که روش انتگرالی به دلیل عدم در نظر گرفتن اختلاط قائم ناشی از تلاطم، میزان صعود را بیش از مقدار واقعی تخمین می زند. صحت شبیه سازی تلاطم با استفاده از نمودار چگالی طیفی انرژی جنبشی متلاطم و پارامتر نسبت تلاطم شبیه سازی شده به تلاطم مدلسازی شده، بررسی شد. از نتایج این پژوهش می توان در بهینه سازی و اصلاح روابط موجود برای تخمین صعود پره دودکش در شرایط مختلف پایداری، با در نظر گرفتن نقش تلاطم مکانیکی و گرمایی جو و تلاطم پره دودکش استفاده کرد.
    کلید واژگان: پره دودکش, شبیه سازی عددی, تلاطم, روش ترکیبی LES - RANS
    Khosro Ashrafi, Ali Ahmadi Orkomi, Majid Shafiepour Motlagh
    Most physical systems in nature have nonlinear dynamics and the system linearization of these physical systems is only a simplified assumption. The atmospheric motions, with the same philosophy, have a turbulent structure and ommiting the turbulent motions in the atmosphere is only a problem simplification assumption. When a buoyant jet of a chimney enters the atmosphere, it behaves like a turbulent flow, in which the atmospheric turbulence and self-generated turbulence of the plume play major parts. The present survey aimed at demonstrating the effects of turbulence on plume dynamics through computer simulation. The well-known turbulent flow simulation methods commonly used to simulate plume dynamics and atmospheric processes are: Direct numerical simulation (DNS), Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) and large eddy simulation (LES), which most distinguishing feature is their way of parameterizing the turbulence. As far as computational requirements, accuracy and turbulence simulation, the former two models are the two extremes while LES occupies an intermediate position between them, directly simulating the large-scale eddies and parameterizing the less important sub-grid scale (SGS) dissipative processes using sub-grid models (SGM). Most often, LES can predict the unsteadiness and intermittency of the turbulence structure, which is the most important feature of a buoyancy-driven jet. It should be noted that it is not efficient to employ full LES method when tackling an issue with certain unimportant zones. Furthermore, in the case of strong turbulent motions, the scale of flow structures near the rigid bodies are small and LES method method requires very fine grids that can increase its computational cost as large as DNS. To surmount this drawback, a hybrid RANS-LES method with a new mixed scale sub-grid parameterization model was applied to simulate the turbulent plume dynamics in ANSYS Fluent 14.5 software. The effectiveness and the accuracy of the mentioned turbulence simulation method was demonstrated through simulation study and experimental data in the neutral atmospheric conditions. Comparing the simulation results of the RANS method, the default hybrid RANS-LES method with static sub-grid scale parameterization and the new RANS-LES method with dynamic mixed scale parameterization indicated that the mean temperature profile at stack downstream was more accurately predicted by the new hybrid method. The root mean square error of plume rise estimation of the RANS method, the default RANS-LES method and the new hybrid RANS-LES method were 0.0437, 0.054 and 0.0323, respectively. It was further demonstrated that the Briggs integral plume rise model could not properly predict the plume rise in the presence of turbulence, because it does not consider the updraft and downdraft turbulence-induced motions in the atmosphere. Ultimately, we checked the capability of the new hybrid method to resolve the substantial parts of the turbulent motions. The turbulent energy transfer from the energy containing scales to inertial sub-range followed the well-known law. The capability of the new hybrid method in predicting the mean profile and the turbulent structure can be employed in the study of the effects of turbulent parameters on plume rise in different atmospheric stability classes.
    Keywords: Plume, Numerical simulation, Turbulence, hybrid RANS-LES method
  • مهدی جامه بزرگی، محمدحسین توکلی*

    در این مقاله، مجموعه ای از شبیه سازی های عددی دو بعدی برای مراحل مختلف رشد واقعی توسط تکنیک چکرالسکی برای بلور ژرمانیوم با استفاده از روش اجزای محدود انجام شد. نتایج توزیع دمای مذاب و میدان جریان گاز و فصل مشترک مذاب- بلور با استفاده از رهیافت مدل سازی تلاطم میانگین رینولدز به صورت عددی بدست آمد. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با افزایش طول بلور (یعنی، کاهش یافتن عمق مذاب)، سرعت چرخش ثابت بلور و نیز بوته، هم باعث افزایش هر دوی عدد رینولدز و انرژی جنبشی تلاطمی مذاب ژرمانیوم می شود، که علت آن انتقال حرکت و انرژی ثابت به بقیه مذاب است. هم چنین شکل محاسبه شده برای فصل مشترک مذاب- بلور محاسبه شده برای بلور ژرمانیم با ارتفاع 9 سانتی متر با داده ها و مشاهدات تجربی در آزمایشگاه رشد بلور مطابقت خوبی دارد.

    کلید واژگان: شبیه سازی رایانه ای, مدل سازی تلاطم, بلور ژرمانیوم, انتقال گرما, جریان شاره, تکنیک چکرالسکی
    Mehdi Jamebozorgi, MohammadHossein Tavakoli *

    In this article, a set of 2D numerical simulations were performed for different stages of a real Czochralski (Cz) growth of germanium crystal using Finite Element Method. The results of temperature distribution, melt and gas flow field, and crystal-melt interface were obtained numerically using the Reynolds-averaged turbulence modelling approach. The obtained results show that, as the crystal length is increased (i.e., the melt depth is decreased), the constant rotation rates of crystal and crucible increase both the melt Reynolds number and its turbulent kinetic energy, because of transferring constant momentum and energy to the remaining Ge melt. In addition, the computed crystal-melt interface shape for germanium crystal having 9 cm height was in a good agreement with the experimental data and observations in the crystal growth lab.

    Keywords: Computer simulation, Turbulence modelling, germanium crystal, heat transfer, Fluid flow, Czochralski method
نکته:
  • از آنجا که گزینه «جستجوی دقیق» غیرفعال است همه کلمات به تنهایی جستجو و سپس با الگوهای استاندارد، رتبه‌ای بر حسب کلمات مورد نظر شما به هر نتیجه اختصاص داده شده‌است‌.
  • نتایج بر اساس میزان ارتباط مرتب شده‌اند و انتظار می‌رود نتایج اولیه به موضوع مورد نظر شما بیشتر نزدیک باشند. تغییر ترتیب نمایش به تاریخ در جستجوی چندکلمه چندان کاربردی نیست!
  • جستجوی عادی ابزار ساده‌ای است تا با درج هر کلمه یا عبارت، مرتبط ترین مطلب به شما نمایش داده‌شود. اگر هر شرطی برای جستجوی خود در نظر دارید لازم است از جستجوی پیشرفته استفاده کنید. برای نمونه اگر به دنبال نوشته‌های نویسنده خاصی هستید، یا می‌خواهید کلمات فقط در عنوان مطلب جستجو شود یا دوره زمانی خاصی مدنظر شماست حتما از جستجوی پیشرفته استفاده کنید تا نتایج مطلوب را ببینید.
در صورت تمایل نتایج را فیلتر کنید:
* با توجه به بالا بودن تعداد نتایج یافت‌شده، آمار تفکیکی نمایش داده نمی‌شود. بهتراست برای بهینه‌کردن نتایج، شرایط جستجو را تغییر دهید یا از فیلترهای زیر استفاده کنید.
* ممکن است برخی از فیلترهای زیر دربردارنده هیچ نتیجه‌ای نباشند.
نوع نشریه
اعتبار نشریه
زبان مطلب
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال