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 مقالات مرتبط با کلیدواژه

computational fluid dynamics

در نشریات گروه آب و خاک
تکرار جستجوی کلیدواژه computational fluid dynamics در نشریات گروه کشاورزی
تکرار جستجوی کلیدواژه computational fluid dynamics در مقالات مجلات علمی
  • ایمان کریمی سرمیدانی، محمد حیدرنژاد*، اصلان اگدرنژاد

    نقش آبشکن ها در حفاظت از دیواره رودخانه، آن ها را جزء موضوع های مهم مهندسی رودخانه قرار داده است. در این مطالعه، عملکرد دو مدل یادگیری ماشین شامل ماشین بردار پشتیبان (SVM) و برنامه ریزی بیان ژن (GEP) با نرم افزار FLOW-3D در شبیه سازی میزان دبی انحرافی در مقیاس آزمایشگاهی مقایسه شده است. برای مدل فیزیکی در یک فلوم آزمایشگاهی با دو نوع آبشکن T-شکل و L-شکل و با زاویه های 90 و 135 درجه برای انحراف دبی به کانال آبگیری شبیه سازی شد. سه متغیر مستقل شامل عدد فرود جریان، زاویه آبگیری و طول نسبی آبشکن ها برای مدل های یادگیری ماشین استفاده شدند. از 96 داده آزمایشگاهی، 70 درصد برای آموزش و 30 درصد برای آزمون مدل های یادگیری ماشین اختصاص یافت. سه شاخص RMSE، MAE و R² برای ارزیابی عملکرد مدل ها به کار گرفته شدند. نتایج تحقیق نشان داد که برنامه ریزی بیان ژن (GEP) نسبت به ماشین بردار پشتیبان (SVM) عملکرد بهتری دارد به طوری که در مرحله آموزش و آزمون، مقدار ضرایب ارزیابی عملکرد برای هر دو آبشکن T-شکل و L-شکل دارای برتری بودند. در نرم افزار FLOW-3D، ضریب زبری مانینگ و نوع معادله شبیه ساز آشفتگی در فرآیندهای واسنجی و صحت سنجی استفاده شدند. مقایسه بین مقادیر ارزیابی عملکرد نشان دهنده برتری نسبی GEP نسبت به FLOW-3D است.

    کلید واژگان: دبی انحرافی، آبشکن، قوس رودخانه، مدل داده-مبنا، ارزیابی عملکرد
    Iman Karimi Sarmeydani, Mohammad Heidarnejad *, Aslan Egdernezhad

    Intouduction:

    Groynes at water intake locations significantly increase the flow diverted from rivers by optimizing incoming water control. Vaghefi and Ghodsian (2017) experimentally studied flow patterns around a T-shaped Groyne within a 90-degree arc using a moving bed. Shaker and Kashfipour (2013) compared flow velocity and shear stress distribution with and without Groynes. Behnam-Talab et al. (2018) simulated porous Groynes using FLOW-3D software. Shahinejad et al. (2022) applied a multi-objective algorithm to optimize T-shaped Groyne dimensions, achieving superior results, compared to previous designs. Zare and Honer (2016) investigated how simple Groynes reduce lateral erosion in river arches under laboratory conditions, emphasizing the influence of Groynes on erosion patterns. These studies collectively highlight the importance of Groyne design in enhancing water extraction and mitigating erosion.The review of literatures confirms that both laboratory and numerical studies have been conducted to examine the characteristics of various types of Groynes and the impact of flow patterns on them. However, there is a lack of studies addressing the simultaneous application and comparison of numerical and data-driven models in the investigation of geometric and hydraulic characteristics, particularly concerning the effect on the amount of diverted discharge from a canal into intake featuring T-shaped and L-shaped Groynes. Consequently, this research aims to evaluate the performance of two MLMs, specifically SVM and GEP in comparison with the Computational Fluid Dynamics (CFD)-based FLOW-3D model, on a laboratory scale.

    Materials and Methods

    Groynes play a crucial role in river engineering by regulating river flow. This study assesses the efficacy of two machine learning algorithms—support vector machine (SVM) and gene expression programming (GEP)—in comparison with FLOW-3D software for simulating diverted flow in a laboratory setting. The experimental model was tested in a laboratory flume with T-shaped and L-shaped Groynes positioned at 90 and 135-degree angles to channel the discharge into the intake system. The machine learning models incorporated three independent variables: the flow Froude number, the angle of water intake, and the relative length of the Groynes. Out of 96 laboratory data points, 70% were allocated for model training and 30% for model testing. Model performance was assessed using the root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and coefficient of determination (R²) indices.

    Results and Discussion

     The results indicated that the GEP model surpassed the SVM model. For the L-shaped Groyne, the values for (R², MAE, RMSE) during both the training and testing phases were (0.9325, 0.9878, 1.2536) and (0.9836, 0.4102, 0.6325), respectively. For the T-shaped Groyne, the corresponding values were (0.9025, 1.2534, 1.8502) during training and (0.9873, 0.3337, 0.4972) during testing. In the FLOW-3D model, after calibration and validation, a Manning's roughness coefficient of 0.035 and the Prandtl's mixing length model were chosen for turbulence simulation. The performance indices during the testing phase for the L-shaped and T-shaped Groynes were (0.9607, 0.9363, 1.2070) and (0.9513, 1.1256, 1.3759), respectively. The GEP model showed a relative advantage over the FLOW-3D model.

    Concutions:

     This study compares the performance of MLMs (SVM, GEP) with FLOW-3D in simulating diverted flow using T-shaped and L-shaped Groynes. Results from laboratory flume tests showed GEP outperformed SVM and FLOW-3D, particularly in simulating flow diversion, evaluated by RMSE, MAE, and R² performance indices.

    Keywords: Diverted Flow, Computational Fluid Dynamics, Data-Driven Model, Performance Assessment
  • فرزین صیاد بیرانوند، منوچهر حیدرپور*، ناهید پورعبدالله

    پرش هیدرولیکی از نوع جریان های متغیر سریع بوده که از ابتدا تا انتهای آن تلاطم و پیچش سطحی آب وجود دارد و به عنوان پدیده اتلاف کننده انرژی شناخته می شود. در این پژوهش به شبیه سازی عددی پرش هیدرولیکی در حالت پله منفی ابتدایی 3 و 6 سانتی متر، زبری بستر 2 سانتی متر و شیب معکوس 5/1 و 3 درصد پرداخته شد. در این پژوهش از مدل های آشفتگی RNG و k-ε استفاده شد. همچنین، از دو نوع شبکه بندی یکنواخت و غیر یکنواخت استفاده شد. با توجه به نتایج مدل سازی عددی، مدل آشفتگی RNG آشفتگی میدان جریان را در مقایسه با مدل آشفتگی K-ε با دقت بیشتری محاسبه نمود. میزان شاخص های آماری NRMSE، R2 و d برای نتایج شبیه سازی عددی نیمرخ سطح آب به ترتیب 1/10، 993/0 و 994/0 به دست آمد. همچنین مقدار این شاخص ها برای نتایج شبیه سازی نیمرخ سرعت به ترتیب 36/16، 944/0 و 97/0 محاسبه شدند. خطای مدل عددی در محاسبه مقادیر نیمرخ سرعت در مقایسه با نیمرخ سطح آب بیشتر بود، که علت آن را می توان در تلاطم شدید جریان و نوسانات سرعت لحظه ای در هر راستای قائم در محدوده وقوع پرش هیدرولیکی و تشدید اختلاط آب و هوا دانست. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی پروفیل سطح آب، پروفیل سرعت، نسبت اعماق مزدوج، طول غلتاب و طول پرش هیدرولیکی و نسبت افت انرژی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی سه بعدی میدان جریان پرش هیدرولیکی آزاد می باشد.

    کلید واژگان: پله منفی ابتدایی، شیب معکوس، زبری بستر، مدل آشفتگی، دینامیک سیالات محاسباتی
    Farzin Sayad Beyranvand, Manouchehr Heidarpour *, Nahid Pourabdollahi

    Hydraulic jump is a type of rapid variable currents, which has surface turbulence and twisting of water from the beginning to the end, and is known as an energy-wasting phenomenon. In this research, the numerical simulation of hydraulic jump was done in the case of initial negative step of 3 and 6 cm, bed roughness of 2 cm and reverse slope of 1.5 and 3%. RNG and k-ε disturbance models were used in this research. Also, two types of uniform and non-uniform grids were used. According to the numerical modeling results, the RNG turbulence model calculated the turbulence of the flow field more accurately compared to the K-ε turbulence model. The statistical indices of NRMSE, R2 and d for the numerical simulation results of the water surface profile were obtained as 10.1, 0.993 and 0.994 respectively. Also, the values of these indices were calculated for the speed profile simulation results, respectively 16.36, 0.944 and 0.97. The error of the numerical model in calculating the values of the velocity profile was higher compared to the water level profile, which can be attributed to the severe flow turbulence and instantaneous velocity fluctuations in any vertical direction within the range of occurrence of hydraulic jump and intensification of air-water mixing. Comparison of the simulation results with the laboratory results of water surface profile, velocity profile, conjugate depth ratio, rolling length and hydraulic jump length and energy loss ratio shows the capability of the numerical model in the three-dimensional simulation of the free hydraulic jump flow field.

    Keywords: Initial Negative Step, Reverse Slope, Bed Roughness, Turbulence Model, Computational Fluid Dynamics
  • محمد حسینی*، محمدهادی فتاحی

    جریان های غلیظ گونه ای از جریان های ثقلی هستند که اختلاف کمی در دانسیته سیال محیطی دارند و همواره با درون آمیختگی با سیال محیطی همراه اند. در این تحقیق، سعی شده است که با استفاده از نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی به خصوصیات جریان غلیظ در انحنای کانال پرداخته شود. سه مدل با انحنای 180 درجه و انحنای سینوسی محدود و سینوسی سیلاب دشتی شبیه سازی شده است. با تغییر عدد فرود، شیب و غلظت ورودی، جریان غلیظ مدل سازی برای تمامی مدل ها صورت گرفت. هدف از این مطالعه تاثیر انحنا بر خصوصیات هیدرولیکی جریان چگال است. نتایج بررسی ها نشان داد مدل آشفتگی بهینه برای تمامی مدل ها، مدل k-ε از نوع RNG است. افزایش شیب کف کانال از 2/0 درصد به 2درصد موجب کاهش ضخامت جریان گل آلود در طول کانال می شود، که در نتیجه آن سرعت جریان افزایش نشان می دهد. با افزایش عدد فرود ورودی از 22/1 به 8 ، در مدل با انحنای 180 درجه به ترتیب الگوی پروفیل غلظت نسبت به مدل های سینوسی محدود وسیلاب دشتی به میزان 19درصد و 3/21درصد کاهش می یابد، داده های ریچاردسون و شدت اختلاط در مدل با انحنای 180 درجه نسبت به مدل آزمایشگاهی 10درصد افزایش یافتند. با بررسی کلی هر سه مدل عدد ریچاردسون نسبت به شدت اختلاط، ارتباط معناداری با ضریب 71/0 نشان داده است. همچنین با افزایش شدت اختلاط و غلظت جریان، اعداد رینولدز بیشتر و جریان آشفته تر می شود و عدد ریچاردسون کاهش یابد.

    کلید واژگان: جریان غلیظ، دینامیک سیالات محاسباتی، مدل k-&epsilon، از نوع RNG، شدت اختلاط، عدد ریچاردسون
    Mohammad Hosseini *, Mohammad Hadi Fattahi
    Introduction

    Density difference causes density flow. Density flow is the the movement of the forehead, body, and tail of the heavy fluid into the ambient flow, and the buoyancy or gravity force causes the drive force. The movement of dense current under clear water creates a shear layer at the interface between clear water and density fluid. Therefore, at the interface, many cuts and vortices are created and this causes the entrainment of smooth water and density flow, which reduces the amount of density difference and the buoyancy force. Hosseini & Fattahi (2020) showed that the variations in the waterway shape causes higher velocity of density flow and decreases the flow thickness. Also, increasing the density of density flow, increases the maximum velocity in velocity profiles. This increase in the maximum velocity of the density flow is more pronounced in streams with higher inlet flow. The velocity profile patterns in the wall and jet area of the density flow body are influenced by the flow regime.

    Materials and Methods

    In this research, the density flow is illustrated in 3 different models according to Figure 1. The opening rate of the density flow valve is considered to be 1 cm. In this research, we have tried to show the effect of curvature at 180 ° bend and sinusoidal shape restricted channel and the flood plain. In this simulation the channel with 4 different longitudinal slopes, 0.002, 0.005, 0.008 and 0.02, are modeled and also 4 different densities, 0.00667, 0.00727, 0.00859 and 0.01 g / cm3, and 4 f Froude numbers, 1.2, 3, 5 and 8, have been used. Moreover six different mesh gridding for the flood plain and six different mish gridding for the channel are considered. it should be mentioned that 6 types of turbulence models ( The k-e model (standard, RNG, investigable), the kw model (standard, SST) and the RSM model (linear strain-pressure) are used.

    Results and Discussion

    Four types of networks were selected for finite channel with sinusoidal curvature. Figure (3) compares the different mesh gridding with the tested mesh and it was observed that in the range close to the bed, at high speeds, meshes with dimensions of 60 × 20 × 140 are very close to the experimental model developed by Hosseini & Fattahi (2020). Also, considering all 3 optimal models for turbulence models, k-ε models can be considered more optimal than k-ω and RSM models. The effects of the increasing slope of the flume bed in the wall area is more tangible than in the jet area while Froude number and input density are the same. On the other hand, increasing the slope of the channel bed from 0.2% to 2%, reduces the density flow thickness along the channel. As a result, the flow velocity shows an increase in the density flow which causes the growth of the drive force and will increase the turbulent flow velocity by increasing the inlet Froude number from 1.22 to 8. In all laboratory data, the density current concentration profile in the jet area shows a higher dispersion of 47% than the wall area. By increasing the slope of the channel from 0.2% to 2%, the dispersion rate increases by 65%. Richardson data and entrainment ratio in model No.1 increased by 10% compared to the experimental model and also these data increased by 19% in model No.2 compared to the experimental model.

    Conclusion

    In this research, we tried to simulate the three-dimensional density flow in models with 180 degree bend and limited sinusoidal curvature as well as sinusoidal patterns with plain flood. Also, the most optimal computational mesh, turbulence model, slope, density and Froude number are investigated as long as the studies include the depth profiles of velocity, density, turbulence, etc. in a situation where the channels are curved. Moreover, by increasing the number of Froude numbers from 1.22 to 8, due to model number 1 with 180 degree curvature, the pattern of density profile decreases by 19% and 21.3% compared to models number 2 and 3, respectively. Also, in all laboratory data, the density current concentration profile in the jet area shows a higher dispersion of 47% than the wall area. With increasing the slope of the channel from 0.2% to 2%, the dispersion rate increases by 65%. Richardson number has established a significant relationship with the entrainment ratio, which has a correlation of 0.71. Also the numerical entrainment ratio (for all three models) increased by 4.4% compared to the experimental model.AcknowledgmentsWe would like to thank Water and Hydraulic Laboratory of Shiraz University for their effective cooperation.

    Keywords: Density current, Computational fluid dynamics, K-&epsilon, model of RNG type, Entrainment ratio, Richardson number
  • هومن حاجی کندی*، صابر ابراهیمیان، محمود شفاعی بجستان، سعید جمالی، ابراهیم اسدی

    در تحقیق حاضر تاثیر شیب جانبی کانال بر تنش برشی بستر و مشخصات پرش هیدرولیکی از جمله استهلاک انرژی، طول پرش و نسبت اعماق مزدوج مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا مدل عددی فلو تری دی به کمک نتایج آزمایشگاهی منتشر شده برای کانال ذوزنقه ای با شیب بدنه 45 درجه واسنجی شده، مدل آر ان جی از بین مدلهای آشفتگی انتخاب گردید و سپس مدل برای شرایط هیدرولیکی متفاوت (عدد فرود بین 5/1 تا 12) و دو شیب 60 و 75 درجه بدنه کانال اجرا و نتایج بدست آمد. نظر به اهمیت تنش برشی، که معمولا در مطالعات آزمایشگاهی بررسی نمی شود، در این مطالعه علاوه بر مشخصات پرش، توزیع تنش بستر در هر سه کانال محاسبه گردید. نتایج حاصل رفتار متفاوت پرش و تنش برشی در فلوم ذوزنقه ای با شیب 45 درجه را نشان میدهد بطوریکه عدم تقارن پرش در آن بسیار ملموس بوده و تمرکز تنش برشی در سمت چپ فلوم مشاهده می شود. مقایسه نمودارهای تنش برشی حاکی از کاهش چشمگیری مقادیر تنش برشی بعد از پرش بوده که بیشترین آن مربوط به فلوم با شیب جانبی 45 درجه است. همچنین مشخص گردید که با افزایش شیب جانبی میزان تنش برشی و نسبت اعماق مزدوج افزایش و میزان افت انرژی و طول پرش کاهش می یابد.

    کلید واژگان: افت انرژی نسبی، پرش هیدرولیکی، دینامیک سیالات محاسباتی، تنش برشی، کانال ذوزنقه ای، مدل Flow3D، مدل آشفتگی RNG
    Hooman Hajikandi*, Saber Ebrahimiyan, Mahmood Shafai Bajestan, Saeed Jamali

    One of the most important issues to be considered in trapezoidal channels is the effect of side slope effects on the shear stress and jump characteristics including energy loss, jump length and conjugate depths ratio which have been studied in this study. For this purpose, at first, model has been calibrated by using an experimental results published for trapezoidal channel of 45 degree side slope, the RGN model was selected from the turbulent models, and then the model for different hydraulic conditions (Froude number between 1.5 to 12) and two slopes of 60 and 75 degrees has been performed and the results have been obtained. Due to the shear stress importance, which is usually not investigated in experimental researches, in this study the distribution of bed shear stress has been calculated in all three channels side slopes, and also the hydraulic jump characteristics. The results of this study on the three side slopes show different behavior of hydraulic jumps and shear stress in trapezoidal channel of 45 degree side slope, in which the asymmetry of jump is very tangible and the shear stress concentration is observed on the left side of the channel wall. Comparison of the shear stress results show a significant reduction in shear stress after jump which the maximum amount of this reduction is related to the trapezoidal channel of 45 degree side slope. It was also found that by increasing the side slope the amounts of shear stress and the sequent depths ratio increase, and the amounts of energy loss and length of jump decrease.

    Keywords: Computational Fluid Dynamics, Hydraulic Jump, Relative Energy Loss, Shear Stress, Trapezoidal Channel, Turbulence RNG Model
  • حمزه ابراهیم نژادیان*، محمود رضا ملایی نیا
    استفاده از سرریزهای پلکانی، به علت هزینه ی ساخت پایین و بازدهی بالای آن، بطور فزاینده ای رو به افزایش است. از این رو، مطالعات نیز در این زمینه با رشد و توجه زیادی از سوی مهندسین سدساز همراه بوده، ولی اغلب این مطالعات در زمینه ی سرریزهای پلکانی با ارتفاع پله یکنواخت می باشند، در حالی که ارتفاع پله غیریکنواخت نیز می تواند در بعضی حالات به عنوان یک گزینه مطرح گردد. در این تحقیق یک نمونه ی فیزیکی از سد هرات برای سرریز پلکانی با ارتفاع 3/1 متر و شیب 2/19 درجه برای صحت سنجی شبیه عددی استفاده شد، سپس سه نوع پیکربندی پلکانی با استفاده از پویایی سیال محاسباتی در قالب نرم افزار ANSYS CFX برای محدوده ی جریان مورد آزمایش قرار گرفتند. شبیه سازی جریان دو حالتی آب و هوا برای هر یک از پیکربندی ها و تمامی محدوده بده ها صورت پذیرفت و نتایج در زمینه های الگوی جریان، استهلاک کارمایه و نقطه ی شروع هوادهی جریان مورد مقایسه قرار گرفتند. نتایج نشان از تفاوت حداقلی استهلاک کارمایه در محدوده ی رژیم جریان ریزشی و تفاوت حداکثری در رژیم لغزشی را داشتند.
    کلید واژگان: سرریز پلکانی، پویایی سیال محاسباتی، نرم افزار ANSYS CFX، استهلاک کارمایه
    H. E.*, M. M.
    The use of stepped spillways has been increasingly on the rise due to their low cost and high efficiency. Hence، growing attention has been paid to the studies in this field by dam engineers; however، most of these studies have focused on the stepped spillways with uniform step height at the cost of ignoring non-uniform step heights، which also demand particular attention. In this study، a physical model of Herat Dam for a 1. 3-m high stepped spillway with a slope of 19. 2 ° was used to verify the numerical model. Then، three types of stepped configurations were tested using computational fluid dynamics in the ANSYS CFX software for the flow range of. Further، a two-phase flow simulation was carried out for each configuration and all discharge ranges. The results were compared in terms of flow pattern، energy dissipation and aeration point. The results showed minor difference in terms of energy dissipation for nappe regime flow and marked difference in terms of skimming regime flow.
    Keywords: Stepped spillway, computational fluid dynamics, ANSYS CFX Software, energy dissipation
نکته
  • 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.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال