numerical simulation
در نشریات گروه مهندسی آب-
سرریزها نقشی حیاتی در پروژه های مهندسی آب دارند و به مدیریت جریان های سطحی کمک می کنند. یکی از انواع پرکاربرد این سازه ها، سرریز با تاج دایره ای است که به دلیل طراحی ساده و توانایی بالا در عبور جریان، در بسیاری از پروژه ها مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش، هدف اصلی بررسی ویژگی های هیدرولیکی جریان در سیستم کالورت- سرریز با تاج دایره ای و تحلیل تاثیر پارامترهای کلیدی مانند شعاع تاج و بازشدگی دریچه بر ضریب دبی است. به این منظور، پروفیل های سرعت، سطح آب، و سایر پارامترهای جریان به عنوان متغیرهای اصلی تحلیل شده اند. مدل های مختلف سیستم کالورت- سرریز با تاج دایره ای در نرم افزار گمبیت طراحی و شبکه بندی شده و سپس به نرم افزار فلوئنت منتقل شده اند تا شبیه سازی های دقیق دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) صورت گیرد. در این مطالعه، ضریب دبی تاج سرریز، دریچه، و کل سازه سرریز برای مقادیر مختلف بار آبی و پارامترهای متغیر محاسبه و مقایسه شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که ضریب دبی تاج سرریز در حضور دریچه بیشتر از حالت بدون دریچه بوده و با کاهش شعاع تاج و افزایش بازشدگی دریچه، ضریب دبی افزایش می یابد. همچنین، مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی با داده های آزمایشگاهی معتبر نشان دهنده مطابقت قابل قبول و دقت بالای مدل سازی عددی است. این تحقیق تلاش دارد تا با ارائه داده های دقیق و تحلیل های کاربردی، راهکارهایی برای بهبود طراحی و عملکرد سازه های آبی ترکیبی ارائه دهد
کلید واژگان: سرریز دایره ای، دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)، کالورت- سرریز ترکیبی، هیدرولیک جریان، شبیه سازی عددیWeirs are essential components in water engineering projects, effectively managing surface flows. Among these structures, circular-crested weirs are particularly popular due to their simple design and high flow capacity. This study primarily focuses on investigating the hydraulic characteristics of flow in a culvert-weir system with a circular crest and analyzing the effects of critical parameters such as crest radius and gate opening on the discharge coefficient. For this purpose, velocity profiles, water surface levels, and other flow parameters were analyzed as the main variables. Various models of the culvert-weir system with circular crests were designed and meshed using Gambit software, then imported to Fluent software for detailed computational fluid dynamics (CFD) simulations. The discharge coefficients of the weir crest, gate, and the entire structure were calculated and compared under different water load conditions and independent parameters. The results indicate that the discharge coefficient of the weir crest is higher when a gate is present compared to a gate-free condition. Furthermore, the discharge coefficient increases as the crest radius decreases and the gate opening expands. Additionally, the comparison between numerical simulation results and reliable experimental data shows a high level of accuracy and satisfactory agreement, validating the numerical modeling approach. This study provides precise data and practical analyses to improve the design and performance of combined hydraulic structures.
Keywords: Circular Weir, Computational Fluid Dynamics (CFD), Culvert-Weir Combination, Flow Hydraulics, Numerical Simulation -
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:11 Issue: 2, Summer- Autumn 2024, PP 151 -161Erosion of the river bed and the drop in its level exposes all protective structures to damage and increase the level of the downstream bed which makes the river wider and causes the land of around it faces the flood risk. Therefore, determination of hydraulic parameters including effective stresses are very important. In this research, after calibrating the HEC-RAS numerical model, hydraulic simulation of the river was performed and the bed stress conditions were calculated. Then, the areas of the river bed that are subject to erosion were investigated using methods of critical shear stress, RBS index and critical unit discharge. Finally, stabilization structures for erosion control of the river bed were designed to modify the areas exposed to erosion. A reach of Karun River was investigated. A total of 14 erodible areas were identified along the main channel of the river. For these areas, the ripe rape, check dam, protective geobag cover and drop structures were designed. The D50 of ripe rap was found to be 11.02 cm. Maynard's formula (1989) in the design of ripe rap is in good agreement with the real conditions. The height of check dams was considered to be 1.8 m and D65 was 89 cm for all sections. The number of check dams in each interval was determined between 0 and 5. Bags with a volume of 1540 cm3 filled with sand were designed as a geobag cover. The height of the drops was considered to be 1.5 m for all sections, and the depth of the end sill, the length of the stilling basin and the height of the drop overflow were in the range of 0.02-0.29, 3.21-6.45 and 0.26-0.43 m, respectively.Keywords: Bed Erosion, River Modification, Numerical Simulation, Stabilization Structures
-
کمبود آب یکی از چالش ها و محدودیت های اساسی در توسعه و آبادانی کشور محسوب می شود. از طرفی روش های تصفیه فاضلاب در ابتدا به عنوان پاسخی به نگرانی در مورد بهداشت عمومی و شرایط ناشی از دفع فاضلاب در محیط زیست به وجود آمدند، ولی اکنون با گسترش شهرها و زندگی شهری، پاک نگه داشتن و حفظ محیط زیست برای حیات اجتماعی امری ضروری است. لذا هدف تحقیق بهینه سازی و شبیه سازی مخازن ته نشینی ابتدایی در تصفیه خانه های فاضلاب است که با استفاده از نرم افزار Flow-3D شبیه سازی هیدرولیک جریان عبوری از تصفیه خانه دایره ای شکل سرریز-دریچه و ته نشست مخازن صورت گرفت و علاوه بر ارزیابی دقت مدل در شبیه سازی، به تعیین پارامترهای تاثیرگذار بر نسبت ورودی عبوری از روی سرریز به ورودی عبوری از زیر دریچه پرداخته شد. در مطالعه حاضر، روابطی برای نسبت دبی ورودی عبوری از بالا به پایین تصفیه خانه براساس پارامترهای بی بعد به دست آمد که بیانگر میزان همبستگی بالای متغیرهای فوق بوده است. هم چنین از مقایسه تاثیر پارامترهای مشخصه ته نشست در حداکثر عمق ته نشست نتیجه شد که پارامتر ضریب دراگ و زاویه ایستایی تاثیر زیادی بر مقدار ته نشست دارد. طبق شبیه سازی های متعددی که با نرم افزار Flow-3D انجام شد مشخص شد که این نرم افزار دقت خوبی در شبیه سازی الگوی جریان عبوری از تصفیه خانه دایره ای شکل سرریز-دریچه در دو حالت بستر صلب و بستر متحرک دارد. هم چنین از مقایسه تاثیر پارامترهای مشخصه ته نشست در حداکثر عمق ته نشست می توان دریافت که پارامترهای ضریب دراگ و زاویه ایستایی تاثیر زیادی بر مقدار ته نشست دارند. از بین مدل های آشفتگی مختلف، مدل LES نتایج قابل قبول تری در شبیه سازی ته نشست مخازن تصفیه خانه دایره ای شکل سرریز-دریچه نشان می دهد.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی، مخازن ابتدایی، نشست، تصفیه خانه، نرم افزار Flow-3DWater scarcity is one of the main challenges and constraints in the development of the country. On the other hand, wastewater treatment methods were initially developed as a response to concern about public health and the conditions caused by wastewater disposal in the environment, but now with the expansion of cities and urban life, keeping the environment clean and protecting it is essential for social life. Therefore, the aim of the research is to minimize the cost, optimize and simulate the primary sedimentation tanks in wastewater treatment plants using Flow3D software. In addition to evaluating the accuracy of the model in the simulation, parameters affecting the ratio of inlet through the overflow to the inlet under the valve were determined. The results showed that The Les model had better result in simulating the setting cavitiy in circular-shaped treatment plant tanks in comparison to the other turbulence models. Comparing the effect of settling characteristic parameters on the maximum settling depth, it was concluded that the drag coefficient and static angle parameters had a great effect on the it. According to several simulations performed with Flow3D software, it was found that this software has good accuracy in simulating the flow pattern passing through the circular overflow-valve treatment plant in both solid bed and mobile bed modes. Also, by comparing the effect of deposition characteristic parameters on the maximum deposition depth, it can be seen that the parameters of drag coefficient and static angle have a great effect on the amount of deposition. Also, among different turbulence models, LES model has more acceptable results in simulation. The settling of the refinery tanks indicates a circular Spillway-valve shape.
Keywords: FLOW-3D software, numerical simulation, Primary Tanks, Refinery, Settlement -
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:9 Issue: 1, Winter-Spring 2022, PP 16 -22In this paper, the flow in the vicinity of rectangular side orifices placed in main channels is estimated by means of the FLOW-3D model. To reconstruct the flow free surface, the volume of fluid (VOF) approach is utilized. In addition, the standard k-ε and RNG k-ε turbulence models are employed to predict turbulence flow. According to the results obtained from the numerical modeling, the RNG k-ε turbulence model has higher accuracy than the standard k-ε. The analysis of the numerical modeling results proved that this model forecasts the discharge coefficient of side weirs with suitable accuracy. On the other hand, the mean absolute percent error (MAPE) is calculated equal to 12.204%. Also, the maximum pressure is simulated near the main channel bed. Moreover, the minimum pressure is estimated near the flow free surface. Regarding the numerical simulations, the maximum turbulence energy state occurs near the inlet of the side orifice and by increasing the side orifice dimensions the flow field turbulence energy value increases.Keywords: FLOW-3D, Flow pattern, k-ε turbulence model, Numerical Simulation, Rectangular side orifices
-
در طرح های عمرانی شهری، اندرکنش جریان آب های زیرزمینی و سازه های زیرسطحی از جمله دیوارهای آب بند، حایز اهمیت است. استفاده از رویکرد مدلسازی برای بررسی این اندرکنش ها می تواند در برنامه ریزی برای اجرا و پیش بینی راهکارهای کاهش اثرات نامطلوب راهگشا باشد. در این مطالعه، کد عددی MODFLOW با بسته HFB جهت شبیه سازی سه بعدی سیستم آب زیرزمینی یک محدوده شهری واقع در شهر کربلا، کشور عراق، با در نظرگرفتن لایه بندی و ناهمگنی زمین شناسی منطقه و دیوارهای آب بند ساخته شده، به کار رفته است. دیوارهای آب بند بتنی با عمق 40 متر با هدف کاستن موضعی سطح تراز آب زیرزمینی برای ساخت اماکن در زیر سطح زمین اجرا شده اند. در فرآیند واسنجی و اعتبارسنجی، از داده های اندازه گیری سطح تراز آب زیرزمینی در 28 چاه مشاهداتی از بهمن ماه 1395 تا مهرماه 1397 استفاده شده است. هدف مورد نظر، بررسی اندرکنش جریان آب های زیرزمینی و ساخت آب بندهای بتنی مبتنی بر طرح های توسعه است. نتایج نشان می دهد که در توسعه فازهای موردنظر، تغییرات سطح تراز آب زیرزمینی تا بیش از یک متر نیز نسبت به شرایط قبل از توسعه در پشت دیوارهای آب بند رخ می دهد. برای نمونه، در شرایط فاز ساخته شده، تغییرات سطح تراز آب زیرزمینی بین 55/0- (حداکثر افت) تا 44/0 متر (حداکثر افزایش) می باشد در حالی که با تکمیل کامل فازها، این تغییرات بین 06/1- (حداکثر افت) تا 14/0 متر (حداکثر افزایش) خواهد شد. ممانعت از ورود آب به بخش های تحتانی اماکن و حفظ پایداری سازه های مجاور از مواردی است که باید با اتخاذ راهکارهای فنی و مدیریتی پیشنهاد شده در این مطالعه مدنظر قرار گیرد.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی، آب های زیرزمینی، دیوارهای آب بند بتنی، سازه زیرسطحی، ناهمگنی آبخوانIn urban development projects, it is important the interaction of groundwater-flow and subsurface-structures, including cutoff-walls. Using a modeling approach to investigate these interactions can be helpful in planning to implement and strategies to reduce the adverse-effects. In this study, the numerical-code MODFLOW has been used with HFB package to simulate the three-dimensional groundwater-system of an urban area in Iraq, taking into account the geological layering and heterogeneity and the constructed cutoff-walls. These 40-meter-deep concrete cutoff-walls have been constructed with the aim of locally groundwater-level reduction to provide an ability to build the designed constructions under ground-level. For calibration and validation of model, the measured data of groundwater-level in 28 observation wells from February 2016 to September 2018 have been used. The aim is to investigate the interaction between the construction of subsurface concrete cutoff-walls and groundwater-system based on development plans. The results show that in the development of considered phases, an increase or decrease in groundwater-level can occur up to more than one-meter compared to pre-development conditions next to cutoff-walls. For example, under the constructed phase condition, the groundwater level changes are between -0.55 (maximum drop) to 0.44 meters (maximum increase) while with the completion of all phases, these changes are between -0.06 (maximum drop) to 0.14 meters (maximum increase), respectively. Preventing the water entering to the lower parts of constructions and maintaining the stability of adjacent structures are some of the issues, which should be observed considering the technical and managerial solutions suggested in this study.
Keywords: numerical simulation, Groundwater, Concrete cutoff walls, Subsurface structure, Aquifer heterogeneity -
افزایش استحصال از آب های زیرزمینی در چند دهه اخیر موجب شده است، سطح تراز آب زیرزمینی استان البرز و بخصوص دشت هشتگرد دچار افت شدیدی شود. از اینرو، با توجه به اهمیت این ذخایر ارزشمند، باید راهبردهای مناسبی در جهت پایداری این منابع مورد بررسی قرار گیرد. در این راستا، شبیه سازی عددی MODFLOW این محدوده، در دو حالت ماندگار و غیرماندگار برای دوره سه ساله (1391 تا 1393)، واسنجی و برای یک دوره یک ساله (1394)، صحت سنجی شد. سپس اثرات اجرای طرح احیاء و تعادل بخشی منابع آب زیرزمینی کشور در دشت هشتگرد ارزیابی گردید و حرکت ذرات آلاینده (نیترات و سولفات) در این طرح با استفاده از MODPATH، بررسی شد. نتایج نشان دادند، در صورتی که وضع موجود ادامه یابد، ذخیره آبخوان به طور متوسط 1 میلیون مترمکعب در سال کاهش پیدا می کند. همچنین از میان اقدامات مدیریتی، به ترتیب دستورالعمل انسداد چاه های غیرمجاز و طرحی که با یک محدودیت تدریجی در استحصال از آب زیرزمینی همراه می باشد، موجب بهبود ذخیره آبخوان به میزان 8/8 و 8/6 میلیون مترمکعب در سال می گردد. نتایج حاصل از MODPATH نیز نشان دادند که در صورت اجرای طرح هایی نظیر سناریو 7 و 9، حرکت ذرات نیترات (با غلظت 30 تا 70 میلی گرم بر لیتر) در ناحیه واقع در شهر هشتگرد، محدود خواهد شد. می توان نتیجه گرفت، با وجود اینکه محدودیت کامل استخراج چاه های بهره برداری غیرمجاز، بهترین نتیجه ممکن را در راستای اهداف احیاء و تعادل بخشی آبخوان داشته است، اما ممکن است محدودیت تدریجی استخراج چاه های بهره برداری از مقبولیت و قابلیت اجرای بیشتری برخوردار باشد.کلید واژگان: اقدامات مدیریتی، دشت هشتگرد، شبیه سازی عددی، طرح احیاء و تعادل بخشیIncreased groundwater extraction has caused severe depletion (On average 65 cm/year) in the groundwater resources of Alborz province and especially Hashtgerd Plain in over the past few decades. Hence, considering the importance of these valuable resources, appropriate strategies should be considered for the sustainability of this resources. In order to realize these measures, the MODFLOW numerical simulation was calibrated in steady-state and transient conditions for three years (2013 to 2014) and validated for a one-year period (2015). Then, the influence of the implementation of the Iran Aquifer Restoration plan in Hashtgerd plain was evaluated and pollutant particle movement (Nitrate and Sulfate) in this scheme were investigated using MODPATH. According to the results, if the current conditions continued, the aquifer storage would decrease by an average of 1 MCM/year. Also from the management measures, the guidelines for restriction of unlicensed utilization wells and the step-by-step restriction of groundwater extraction cause improving the aquifer storage about 8.8 and 6.8 MCM/year. The results of the MODPATH also showed that if the plans such as scenarios 7 and 9 were implemented, the movement of nitrate particles (at concentrations of 30 to 70 mg/l) will be limited in the Hashtgerd city area. The study concludes, although the complete restriction of unlicensed utilization wells may work best in line with the objectives of the Aquifer Restoration Plan, the step-by-step restriction of utilization wells may be more acceptable and applicable.Keywords: Management measures, Hashtgerd plain, numerical simulation, Aquifer restoration plan
-
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:5 Issue: 2, Summer and Autumn 2018, PP 441 -446Dam break is an important phenomenon which significantly affects the environment as well as the inhabitants of the downstream areas of the dam. In the present study, the hydraulic break of Malpasset dam as a result of sudden flooding was simulated numerically using the FLOW-3D software. The two-equation k-ε turbulence models and RNG k-ε turbulence model were used to simulate the flow field turbulence. Also, the free-surface variations of the flow were simulated using the VOF (Volume of Fluid) scheme. The results obtained from the numerical model were in good agreement with those predicted by the EDF model. Based on the simulation results, the maximum pressure occurred at the lower layers of the flow and reduced as the free surface of the flow was approached. The maximum pressure increased at each point in time. The maximum longitudinal velocity occurred at the front of the advancing wave resulting from break of the dam, and subsequently decreased due to the increasing depth at the downstream of the dam. Additionally, the effects of obstacles with different shapes on the flow pattern arising from dam break (due to sudden flooding) were also investigated. Examination of these effects revealed that the cubic obstacle placed obliquely in the flow direction produced the maximum separation region at its downstream. Conversely, this separation region was eliminated completely when a cylindrical obstacle was used. The maximum and minimum Froude numbers were obtained for the flow encountering the perpendicular cubic obstacle and the flow impacting the cylindrical obstacle, respectively.Keywords: Dam break, Malpasset dam, Numerical simulation, Flow pattern
-
منابع آب زیرزمینی یکی از منابع اصلی تامین کننده آب شیرین در مناطق خشک و نیمه خشک جهان، مانند ایران بوده است. حوضه آبریز دریاچه ارومیه واقع در استان آذربایجان شرقی ایران، یکی از مناطقی می باشد که بخش قابل توجهی از نیاز آبی با اتکا به آب زیرزمینی تامین می شود. در مطالعه حاضر به شبیه سازی اندرکنش آبخوان ساحلی عجب شیر با دریاچه ارومیه پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از برنامه عددی سوترا، یک مدل سه بعدی، ناهمگن و ناهمسان توسعه داده شده است. این مدل پس از واسنجی و صحت سنجی، مورد استفاده قرار گرفته است. اثرات کاهش تراز دریاچه ارومیه، افزایش آن به تراز اکولوژیک، افزایش یا کاهش تغذیه خالص آبخوان بر میزان تخلیه آب به آبخوان از دریاچه و برعکس ارزیابی شده است. نتایج نشان داده است کاهش سطح تراز دریاچه با روند 4/0 متر بر سال، تراز متوسط آبخوان را به اندازه 7/1 متر در طول 10 سال کاهش می دهد درحالی که افزایش تراز دریاچه به تراز اکولوژیک آن، باعث افزایش 75/0 متری تراز متوسط آبخوان در 30 سال می گردد. همچنین 10 درصد افزایش تغذیه خالص باعث افزایش تراز متوسط آب زیرزمینی به اندازه 8/1 متر در طول 30 سال شده و کاهش 10 درصدی تغذیه خالص باعث کاهشی در حدود 7/1 متری تراز متوسط آبخوان می شود.کلید واژگان: آبخوان ساحلی، آبخوان عجب شیر، دریاچه ارومیه، شبیه سازی عددیGroundwater resources have been one of the main freshwater suppliers in arid and semi-arid areas such as Iran. Urmia Lakes basin located in East-Azerbaijan province, Iran is one of the areas where a significant portion of the water needs is provided by groundwater. The present study considers the interaction of Urmia Lake and Ajabshir coastal aquifer. Hence, a three-dimensional, heterogeneous and anisotropic model has been developed using a numerical code of SUTRA. This model has been used after calibration and verification procedure. The effects of decreasing Urmia Lake level, increasing this level to the ecological level, and increase or decrease in the net recharge rate of the aquifer on discharge to the aquifer from the lake and vice versa have been assessed . The results have been shown that decreasing the level of the lake with 0.4 m/year rate, decreases the average aquifer level by 1.7 m over 10-years period while increasing the level of the lake to its ecological level increases the 0.75 m average level of the aquifer in 30-years. Also, 10% increase in net recharge rate, 1.8 m increase in the average water table during 30-years while 10% reduction in net recharge rate causes the reduction of 1.7 m in the average groundwater level.Keywords: Ajabshir aquifer, Coastal Aquifer, Numerical Simulation, Urmia Lake
-
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:3 Issue: 1, Winter and Spring 2016, PP 193 -200In meandering rivers, the flow behavior is very complex due to topography and flow depth changes. In general, effective forces on bend flow pattern include centrifugal force due to non-uniformity of the vertical velocity profile and radius pressure gradient induced by the lateral slope of water surface. In this paper, the 60° bend flow pattern is simulated by developing FLUENT computational software based on finite volume method (FVM), numerically. The k-ε (RNG) turbulence model and volume of fluid (VOF) method are used for turbulence and flow depth modeling. The FVM numerical results are verified by existing experimental data in velocity and flow depth. The results illustrate that the FVM model has high accuracy in prediction flow variables in the bend. As the average value of root mean square error (RMSE) and mean absolute percentage error (MAPE) values between the observational and numerical results for depth-averaged velocity (DAV) in the different transverse profile are 4.5 and 9%, respectively, which is an acceptable error percentage. The advanced software can well simulate the both major and minor secondary current cells with opposite rotation direction in the vicinity of channel bed and vicinity the water level in the outer wall, respectively. By the development of the major and minor secondary currents in sections located 40 (cm) after the bend, longitudinal velocity shift, and the high-velocity zone moves further to the outer wall (and the channel bed) in depth. Therefore, it can be said the developing FLUENT software can be utilized in practical cases in design and execution of curved channel.Keywords: Numerical simulation, Finite volume method (FVM), Developed FLUENT software, 60° bend
-
Journal of Applied Research in Water and Wastewater, Volume:3 Issue: 1, Winter and Spring 2016, PP 201 -208Aquifers are underground porous domains containing groundwater. Confined aquifers are surrounded by the impermeable layers. They are saturated by pressurized water and are suitable for energy storage purposes. They have low thermal conductivity and large storage volume. In design of aquifer thermal energy storage (ATES) an applicable model is necessary to predict the aquifer behavior. In this research, by developing a three dimensional finite volume model via FLUENT software, the effects of operative parameters on pressure distribution are investigated. In the ATES, heat transfer is performed by both convection and conduction phenomena. The convective heat transfer in the ATES is occurred because of pressure gradient and hence, recognition of effects of operative parameters on pressure distribution is essential. These effective parameters are some geological parameters such as groundwater natural flow, porosity and permeability, injection and withdrawal rates from wells, number and arrangement (being linear, triangular or rectangular) of wells.Keywords: Aquifer, Pressure distribution, Numerical simulation, Parametric study
-
بر اثر عبور جریان آب در رودخانه ها، سواحل همواره در معرض فرسایش قرار دارند وبه منظور تثبیت و حفظ پایداری آن ها می توان از آبشکن بهره جست. از این رو، شناخت مشخصات جریان در اطراف این سازه های هیدرولیکی و به جهت طراحی و بهینه سازی عملکرد آن ها به روش های آزمایشگاهی یا عددی امری اجتناب ناپذیر می نماید. در این تحقیق ابتدا با بهره گیری از کد تفاضل محدودی FLOW-3D الگوی جریان حول یک آبشکن مستغرق بررسی می شود. سپس نتایج عددی سرعت طولی و سطح آزاد جریان با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی می شوند. در ادامه، با اعمال فرضیات به کار گرفته شده در روند شبیه سازی عددی و با انجام مدل سازی های جدید برای آبشکن های مختلف به بررسی تاثیر شکل سازه بر الگوی جریان پرداخته می شود. بررسی داده های عددی به دست آمده، حاکی از آن است که در بین آبشکن های مورد بررسی، آبشکن T-شکل بهترین عملکرد را داشته است و می تواند به صورت موثر عرض ناحیه جداشدگی و بنابراین میزان فرسایش جداره کانال را کاهش دهد.
کلید واژگان: آبشکن مستغرق، شبیه سازی عددی، الگوی جریان، FLOW، 3DA Numerical Study of the Effect of Submerged Groyne Shapes on Flow Pattern in Straight Open-ChannelsRiver banks are generally subject to erosion due to water flow and groynes can be utilized to preserve them and maintain their stability. Accordingly, understanding the characteristics of flow around these types of hydraulic structures for the design and performance optimization usages through experimental or numerical investigations would be inevitable. In this research, the flowpattern around a submerged groyne is analyzed making use of the finite difference code; FLOW-3D. Subsequently, the obtained numerical results for longitudinal velocity and free surface flow are compared to and verified by the respective experimental results. Finally, new numerical simulations were conducted employing identical computational assumptions utilized in the preceding simulation in order to examine the impact of various new groynes structures on the flow pattern. The analysis of the obtained numerical data reveals that among the investigated structures, the T-shaped groyne is more practical and it can effectively reduce the separation zone and therefore, decrease the coastal erosions.Keywords: Submerged Groyne, Numerical Simulation, Flow Pattern, FlOW, 3D -
موج ناشی از شکست سد پدیده ای است که در اثر رها شدن ناگهانی آب در یک آبراهه بوجود می آید. با هدف بررسی این موضوع از دیدگاهی عددی، در نوشتار پیش روی یک مدل حجم محدود مبتنی بر معادلات آب کم عمق ارائه می-گردد که در آن از الگوی عددی شار متوسط وزن دار برای تخمین شار بین سلولی استفاده شده است. این الگوی عددی دارای خاصیت تسخیر شوک بوده و برای شبیه سازی انتشار امواج بر روی بستر خشک به تمهید خاصی نیاز ندارد. با ارائه نیمرخ سطح آزاد جریان برای حالات مورد مطالعه، مراحل مختلف انتشار امواج مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. همچنین با طرح چندین آزمون محاسباتی و مقایسه نتایج عددی با حل تحلیلی و یا داده های موجود آزمایشگاهی، کارآیی مدل ارائه شده در شبیه سازی جریان ناماندگار ناشی از شکست سد به اثبات رسید.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی، شکست سد، معادلات آب کم عمق، خاصیت تسخیر شوک، شار متوسط وزن دارDam break wave is a phenomenon resulting from sudden release of water in a channel. Aiming at a numerical study on such waves, this paper presents a finite volume model based on shallow water equations which utilizes the Weighted Average Flux (WAF) scheme to estimate inter-cell numerical fluxes. The model has a shock capturing feature, and requires no special treatment to handle waves propagating over dry beds. Different stages of wave propagation were analyzed by offering free surface profiles for the cases studied. Furthermore, several computational tests, including comparison with the existing analytical solution as well as experimental data, are provided to confirm the performance of the model in simulating unsteady flow due to the dam break.Keywords: Numerical simulation, Dam break, Shallow water equations, Shock capturing feature, Weighted average flux -
آبخوان های ساحلی یکی از منابع حیاتی موجود در مناطق ساحلی می باشند. در این مناطق از سطح جهان که اغلب، مناطقی پرجمعیت، صنعتی و پراهمیت هستند، به دلیل فشارهای وارده، امکان بروز چالش های زیست محیطی، وجود دارد. از معمول ترین آنها، می توان به رخ دادن پدیده پیشروی آب شور به دلیل برداشت نادرست و بیش از حد آب زیرزمینی ساحلی و کاهش کیفیت آن اشاره نمود که محدودیت های زیادی را در نحوه بهره برداری از آبخوان های ساحلی فراهم می نماید. شناخت صحیح سیستم آب زیرزمینی در آبخوان ساحلی و پدیده پیشروی آب شور به سمت آن، در تدوین سیاست های نحوه بهره برداری از منابع آب موجود و کنترل پیشروی آب شور ضروری است. در این مطالعه، مدل تلفیقی شبیه سازی عددی و بهینه سازی به روش جامعه مورچه ها در محیط های پیوسته و با اعمال استراتژی Elitist برای مدیریت بهینه آبخوان های ساحلی با هدف کنترل خطر پیشروی آب شور دریا ارائه می گردد. در مدل شبیه سازی عددی بر اساس گسسته سازی تفاضلات محدود، ایده ای ساده مبتنی بر برقراری معادله پیوستگی جریان با امکان افزودن پیچیدگی های بیشتر منطبق بر واقعیت، توسعه داده شده و ابزار بررسی توابع هدف متنوع تر با گستره وسیع تری از قیود مورد توجه در مباحث مدیریت آبخوان ساحلی، در تنظیم معادلات و روند کار، لحاظ شده است. کارآیی مدل با به کار بردن آن در چندین مثال حل شده و مقایسه با کارهای پیشین، ارزیابی شده که نتایج این ارزیابی، نشان دهنده دقت و اعتبار مدل تدوین شده بوده و قابلیت کاربرد آن را در مدیریت بهینه آبخوان های ساحلی در مطالعه های واقعی نمایان می سازد.
کلید واژگان: روش بهینه سازی جامعه مورچه ها، آبخوان ساحلی، مدیریت بهینه، پیشروی آب شور دریا، شبیه سازی عددیGroundwater aquifers are important and vital resources in coastal zones. Serious environmental problems often occur in coastal areas that are densely populated or have been industrialized. The common problem is the saltwater intrusion into the freshwater aquifer system, due to inappropriate exploitation and over-pumping of coastal aquifers. This causes more limitations for the meaningful operation policies. A proper and reliable picture of the groundwater system in the coastal aquifer and the saltwater intrusion phenomenon are required to keep away from the possible threats and to develop sufficient management strategies. This study, presented an efficient combined numerical simulationoptimization model for optimal management of a coastal aquifer, while controlling the saltwater intrusion process through controlled pumping. The proposed approach employs improved Elitist Continuous Ant Colony Optimization (ECACO) algorithm as an optimization tool in the model. In the numerical simulation approach, objective functions with extensive range of constraints for coastal aquifer management is considered. In this model, through some simple scheme, such as continuity equations in the porous media cells and existing hydraulic systems in the study area, more complex phenomenon representing real systems can be investigated. This model is verified using application examples available in the literature. The success and efficiency of the proposed ECACO algorithm in optimal management of actual coastal aquifers is shown.Keywords: Ant Colony Optimization, Coastal Aquifer, Optimal Management, Saltwater Intrusion, Numerical Simulation -
مدل عددی انتقال و تخلیه آلاینده ها از آبخوان ساحلی به دریاشبیه سازی انتقال و تخلیه آلاینده ها از آبخوانهای ساحلی به دریا به علت شرایط مرزی در سمت دریا پیچیده می باشد. مدل ModSharp که در این تحقیق توسعه داده شده است. مدلی قدرتمند و کارا برای مدل سازی انتقال آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی در مقیاس بزرگ می باشد. این مدل معادله همرفتی - پراکندگی را به روش مشخصه ها حل می نماید. دقت و اعتبار مدل با حل چند مثال که جوابهای تحلیلی و عددی معلوم دارند، در زمینه پیشروی آب شور و انتقال آلاینده ها کنترل گردید. در ادامه اثر پیشروی آب شور بر انتقال و تخلیه آلاینده ها در آبخوانهای ساحلی شبیه سازی شد. نتایج نشان می دهد که پیش روی آب شور اثر قابل توجهی بر انتقال آلاینده در آبخوانهای ساحلی دارد. همچنین صرف نظر کردن از شرایط مرزی در سمت دریا به تخمینی کوچکتر از نرخ تخلیه آب آلاینده ها به دریا می انجامد.
کلید واژگان: انتقال آلودگی، پیشروی آب شور دریا، شبیه سازی عددی، آبخوان ساحلی، روش مشخصه هاNumerical model of Transport and Contaminant Discharge from Coastal Aquifers into SeawardTransport and contaminant discharge Simulation from coastal aquifers into seaward is complex due to boundary condition in seaward. In this research, ModSharp, a numerical model has been developed that is able to simulate contaminants transport in large scale in coastal aquifers. This model solves Advection-Dispersion equation with method of characteristics. The accuracy of the model was evaluated for several idealized problems for which analytical and numerical solution, in field of seawater intrusion and contaminant transport could be obtained. Effect of seawater intrusion on contaminants transport in coastal aquifers was simulated. Simulation results show that seawater intrusion has significant effect on solute transport in coastal aquifers. Neglecting the influence of seawater intrusion leads to a lower estimate for rate of contaminant discharge to sea.Keywords: Contaminant Discharge, Seawater Intrusion, Numerical Simulation, Coastal Aquifer, Characteristics Method -
محیط های ساحلی به جهت حضور توام امواج و جریانات دریایی دارای ساختاری نسبتا پیچیده هستند که این امر مانع حصول شناخت کافی پدیده ها در این ناحیه گردیده است. توسعه مدل های عددی یکی از ابزارهای بسیار کارآمد جهت شبیه سازی پدیده های هیدرودینامیکی بوده و بطور گسترده ای در حل مسایل دریایی کاربرد دارند. در تحقیق حاضر نیز به منظور شبیه سازی شرایط امواج و جریانات در مجاورت سواحل، با مد نظر قرار دادن پدیده شکست موج و در حضور دیواره ساحلی، نسبت به توسعه مدل عددی دو بعدی در قائم اقدام گردیده است. در مدل مزبور با انتخاب روش های مناسب جهت منفصل سازی جملات انتقال و پخشیدگی و نیز با بکارگیری روش پروجکشن، معادلات دو بعدی در قائم ناویر استوکس به کمک روش عددی احجام محدود مورد حل قرار گرفته و ضمن بررسی دقت برخی از روش های شناخته شده سطح آزاد، روش Young به منظور محاسبه شکل سطح آزاد محیط آبی انتخاب شده است. جهت اعمال اثرات آشفتگی جریان، شبیه سازی دقیق این پدیده با استفاده از مدل استاندارد k-? در برنامه حاضر صورت گرفته که توانسته است نتایج قابل قبولی را در این زمینه به همراه داشته باشد. در پایان ضمن بررسی صحت نتایج حاصل از اجرای برنامه بر روی نمونه مساله حل شده در تحقیقات قبلی، خروجی های مدل عددی مورد نظر، با اطلاعات برداشت شده از شبیه سازی آزمایشگاهی برای شرایط مشابه ایجاد شده در فلوم امواج مورد مقایسه قرار گرفته است که نتایج این مقایسه حکایت از همخوانی مناسب فیمابین خروجی های مدل عددی و اطلاعات برداشت شده از نمونه آزمایشگاهی دارد.
کلید واژگان: شبیه سازی عددی، روش پروجکشن، روش احجام محدود، مدل آشفتگی k، شکست امواج، دیوار ساحلیThe complicated structure of the surf zone with a strong unsteadiness has prevented us to fully understand its internal structure. Numerical models are one of the best tools to study hydrodynamic phenomena in this zone. In this paper, a two-dimensional vertical (2DV) model is proposed to study breaking waves in front of seawalls. The numerical model consists of an unsteady hydrodynamic module in which the fully Navier-Stokes equations in vertical plain are solved using the projection method. Finite volume method is employed to discrete convection and diffusion terms of governing equations with Froum and Crank Nicolson methods, respectively. The free surface water is tracked by using the Young technique. Using standard model to simulate turbulence effects showed reasonable results. Finally, the numerical results are compared with wave flume measurements for the same conditions. The result of the proposed model shows close agreement with experimental measurements in terms of surface elevations, horizontal and vertical velocity and flow pattern in front of the seawall.Keywords: Numerical Simulation, Projection Method, Finite Volume Method, Turbulence Model, Breaking Waves, Seawalls
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.