گونشلی

چكیده:

هدف این پایان‌نامه تحقیق در مورد راهكارهای حل نیمه دقیق از یك طرف و شبیه سازی عددی در مورد رفتار جریان سیال بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار می‌باشد.

همچنین مقایسة نتایج بدست آمده بر روی سرریز اوجی بر اساس CFD یكی دیگر از اهداف این پایان‌نامه می‌باشد تا درمطالعات و طرحهای آتی با اطمینان خاطر بیشتر از مدلهای (CFD) استفاده گردد.

ضرورت تحقیق این پایان‌نامه گسترش استفاده از مدلهای (CFD) در داخل كشور می‌باشد بطوریكه مدلهای CFD در چند سال اخیر نقش بسزایی را در مسائل صنعتی و آكادمیك ایفا كرده است. در دو دهة قبل مسائل (CFD) به صورت آكادمیك مطرح بوده ولی در دهة اخیر در كشورهای پیشرفته رواج گستره‌ای در صنعت پیدا كرده است.

برای انتخاب بهترین طرح برای بسیاری از سدها باید با صرفه ترین و دقیق‌ترین روش را برای بررسی چگونی رفتار جریان بر روی  سرریز در صورت وقوع سیل را در نظر گرفت. تا مدتی قبل استفاده از مدل فیزیكی تنها روش بررسی بوده ولی هم اكنون استفاده از روش (CFD) رواج گسترده‌ای پیدا كرده است كه هزینه و زمان بررسی كردن را پایین آورده است.

در این پایان‌نامه نحوة رفتار جریان بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از برنامه Fluent و تحت سطوح بالا برندة مورد بررسی قرار گرفته است.

برای شبكه‌بندی مدل تاج سرریز سدانحرافی گرمسار از نوع شبكه‌بندی چند بلوكی استفاده شده است مدل تاج سرریز نیز به چهار ناحیه تقسیم‌بندی شده است و در حل این پروژه از مدل Vof استفاده شده است. طبق نتایج حاصل از تحقیقات به عمل آمد بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار برای ۵/۰=Hd/H بر روی تاج سرریز فشار منفی تشكیل نمی‌گردد و برای ۱=Hd/H و ۳۳/۱=Hd/H بر روی تاج سرریز سد انحرافی گرمسار فشا منفی تشكیل می‌گردد.

فهرست

چكیده: ۱

فصل اول/كلیات… ۲

مقدمه. ۳

CFD چیست؟. ۶

نقش CFD در دنیای فناوری مدرن امروزی.. ۷

اهمیت انتقال حرارت و جریان سیال. ۱۰

متدهای پیشگویی.. ۱۰

امتیازات یك محاسبه تئوری.. ۱۱

هزینه كم. ۱۱

اطلاعات كامل.. ۱۲

توانایی شبیه سازی شرایط واقعی.. ۱۲

توانایی شبیه‌سازی شرایط ایده‌آل. ۱۲

نارساییهای محاسبه تئوری.. ۱۳

انتخاب متد پیشگوی.. ۱۳

یك برنامه CFD چگونه كار می‌كند؟. ۱۴

توضیح سازگاری و پایداری.. ۱۵

فصل دوم/تاریخچه. ۱۷

تاریخچه. ۱۸

فصل سوم/مفاهیم اساسی پایان‌نامه. ۲۴

۳-۱- مقدمه. ۲۵

۳-۲- انتخاب دبی طرح برای سرریز. ۲۵

۳-۳- شكل‌گیری سرریز از نوع پیوند (Ogee) 26

3-4- سرریز WES.. 28

3-4-1- طراحی هیدرولیكی سرریز WES.. 29

3-4-1- اثر ارتفاع سرریز و ارتفاع آب در سراب بر ضریب C.. 29

3-4-2- اثر شیب بدنه در سراب بر ضریب C.. 29

3-4-3- اثر ارتفاع آب و رقوم كف در پایاب بر ضریب C.. 30

3-4-4- اثر پایه‌های پل و دماغه سواحل بر ضریب دبی جریان. ۳۲

۳-۴-۵- طراحی بدنه سرریز WES.. 33

3-4-6- طراحی بدنه سرریز كوتاه بدون دریچه WES در تنداب‌ها ۳۵

۳-۵- كنترل‌كاویتاسیون در سرریزهای بلند. ۳۶

فصل چهارم/آشنایی با برنامه Fluent Error! Bookmark not defined.

(روشهای حل عددی استفاده شده در مدل Fluent) Error! Bookmark not defined.

4-1 قابلیتها و محدودیتهای نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-1- توانائیهای نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

قابلییتهای مدلسازی فیزیكی.. Error! Bookmark not defined.

الف- آشفتگی.. Error! Bookmark not defined.

ب-احتراق/واكنشهای شیمیایی.. Error! Bookmark not defined.

ج- تابش… Error! Bookmark not defined.

د- جریانهای چند فازی.. Error! Bookmark not defined.

ه- جریانهای فاز گسسته. Error! Bookmark not defined.

و- گزینه‌های شرائط مرزی.. Error! Bookmark not defined.

ز- توابع تعریف شونده توسط كاربر. Error! Bookmark not defined.

ح- سایر توانمندیها Error! Bookmark not defined.

توانا ئیهای جدید نسخه‌های سری ۶ نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-2- محدودیتهای نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-2- نگاهی گذرا به چگونگی استفاده از نرم‌افزار فلوئنت… ۴۳

۴-۲-۱- چگونگی شبیه‌سازی جریان به روش CFD.. 44

4-2-2- راه‌ اندازی نرم‌افزار فلوئنت… ۴۶

راه‌اندازی نرم‌افزار فلوئنت در سیستم عامل UNIX.. 47

راه‌اندازی نرم‌افزار فلوئنت در سیستم عامل WINDOWS.. 47

4-3- روشهای حل معادلات… ۵۰

۴-۳-۱ گسسته‌سازی معادلات… Error! Bookmark not defined.

4-3-1-1 روش تفاضل پیشرو مرتبه اول. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-2- روش Power Law.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-3- روش پیشرو مرتبه دوم. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-4- روش QUICK.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-5- شكل خطی شده معادله گسسته. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-6- پارامتر Under-Relaxation. Error! Bookmark not defined.

4-3-2- روش حل Segregated. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-1- گسسته‌سازی معادله ممنتم. Error! Bookmark not defined.

روشهای میانیابی فشار. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-2- گسسته‌سازی معادله پیوستگی.. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-3- گوپلینگ سرعت-فشار. Error! Bookmark not defined.

الگوریتم SIMPLE.. Error! Bookmark not defined.

روش SIMPLEC.. Error! Bookmark not defined.

روش PISO.. Error! Bookmark not defined.

تصحیح همسایه. Error! Bookmark not defined.

تصحیح تابیدگی.. Error! Bookmark not defined.

رفتار ویژه نیروهای وزنی قوی در جریانهای چند فازی.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3- روش حل Coupled. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-1- فرم برداری معادلات حاكم. Error! Bookmark not defined.

پیش شرط.. Error! Bookmark not defined.

تجزیه تفاضل شار. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-2- گام زمانی برای جریانهای پایا Error! Bookmark not defined.

روش صریح.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-3- گسسته‌سازی موقتی برای جریانهای ناپایا Error! Bookmark not defined.

گام زمانی صریح.. Error! Bookmark not defined.

قدم زنی دوگانه. Error! Bookmark not defined.

4-4 روش چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

4-4-1 تقریب… Error! Bookmark not defined.

اصول روش چند شبكه‌ای.. Error! Bookmark not defined.

انتقال اطلاعات… Error! Bookmark not defined.

چند شبكه‌ای بی‌سازمان. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-4- چرخه‌های چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-5- روش چند شبكه‌ای جبری (AMG) Error! Bookmark not defined.

4-4- مدلهای تابشی و حرارتی.. Error! Bookmark not defined.

4-4-1- كاربردهای انتقال حرارت تشعشعی.. Error! Bookmark not defined.

4-4-2- تشعشع خارجی.. Error! Bookmark not defined.

4-4-3-  انتخاب یك مدل تشعشع. Error! Bookmark not defined.

4-4-4- مدل تابشی DTRM… Error! Bookmark not defined.

- تئوری و معادلات حاكم مدل DTRM… Error! Bookmark not defined.

مسیریابی پرتو. Error! Bookmark not defined.

دسته‌بندی.. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزی مدل DTRM در دیواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزی مدل DTRM در ورودیها و خروجیهای جریان. Error! Bookmark not defined.

4-4-5- مدل تابشی P–1. Error! Bookmark not defined.

تئوری و معادلات مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

- پراكندگی غیر همگن.. Error! Bookmark not defined.

- اثرات ذره در مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

- شرط مرزی مدلP-1 در دیواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزی مدل P-1 در ورودیها و خروجیهای جریان. Error! Bookmark not defined.

4-4-6- مدل تابشی راسلند. Error! Bookmark not defined.

- تئوری و معادلات مدل راسلند. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزی راسلند در ورودیها و خروجیهای جریان. Error! Bookmark not defined.

4-4-7- مدل تابشی D O.. Error! Bookmark not defined.

- تئوری و معادلات مدل DO.. Error! Bookmark not defined.

4-5- جریانهای چندفازی.. ۵۵

۴-۵-۱- مدل حجم سیال(VOF) 56

4-5-1-1- تئوری مدل VOF.. 57

میانیابی در مرز تقابل بین فازها ۵۸

- روش تجدید ساختار هندسی.. ۵۹

- روش Donor-Acceptor. 60

- روش صریح اولر. ۶۰

- روش ضمنی.. ۶۱

- كشش سطح.. ۶۲

- چسبندگی دیواره ۶۳

۴-۵-۲- چگونگی استفاده از مدل VOF.. 64

- فعال سازی مدل VOF.. 65

- تعریف فازها ۶۶

- فعال سازی كشش سطحی و چسبندگی دیواره ۶۶

- انتخاب فرمولاسیون VOF.. 66

- چند مثال نمونه. ۶۸

تنظیم پارامترهای شبیه‌سازی جریان ناپایا برای مدل VOF.. 68

وارد كردن نیروی وزن در محاسبات VOF.. 69

تعیین شرائط مرزی.. ۷۰

- تعیین شرائط اولیه كسرهای حجمی.. ۷۱

- استراتژیهای حل.. ۷۱

پس پردازش مدل VOF.. 73

4-5-2- مدل كاویتاسیون. ۷۳

۴-۵-۲-۱- تئوری مدل كاویتاسیون. ۷۴

- معادله كسر حجمی.. ۷۴

- محاسبه انتقال جرم بین فازها ۷۵

۴-۵-۲-۲- چگونگی استفاده از مدل كاویتاسیون. ۷۶

- فعال‌ كردن مدل كاویتاسیون. ۷۶

- تعریف فازها ۷۷

- تنظیم پارامترهای مدلسازی كاویتاسیون. ۷۷

- تأثیر نیروی وزن در محاسبات كاویتاسیون. ۷۸

- تعیین شرائط مرزی.. ۷۸

- استراتژی حل.. ۷۸

۴-۵-۳- مدل اختلاط خطای جبری (ASM) 78

4-5-3-1- تئوری مدل اختلاط خطای جبری (ASM) 79

- معادله كسر حجمی فاز ثانویه. ۸۱

۴-۵-۳-۲- چگونگی استفاده از مدل ASM… 82

- فعال‌ كردن مدل ASM… 82

- تنظیم پارامترهای مدل ASM… 83

- تعیین شرائط مرزی.. ۸۳

- تعیین شرائط اولیه كسرهای حجمی.. ۸۴

- استراتژی حل.. ۸۴

فصل پنجم/سد انحرافی گرمسار. Error! Bookmark not defined.

5-1- سد انحرافی گرمسار: ۸۵

مقدمه: ۸۵

۵-۲- مشخصات جغرافیای و عمومی سد انحراف گرمسار. ۸۶

فصل ششم/نتایج آنالیز جریان بر روی سرریز سد انحرافی گرمسار. ۹۲

۶-۳ مراحل آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از برنامه Fluent 93

6-3-1- تعریف كردن هدفهای شبیه‌سازی.. ۹۳

۶-۳-۲- انتخاب مدل محاسباتی.. ۹۳

۶-۳-۳- انتخاب مدل فیزیكی.. ۹۳

۶-۳-۴- مراحل انجام پروژه تحقیقات: ۹۴

۶-۳-۴-۱ تولید شكل : ۹۴

۶-۳-۴-۲- شبكه بندی در نرم‌افزارهای پیش‌پردازنده: ۹۴

۶-۳-۴-۳- انواع شبكه‌ بندی.. ۹۶

۶-۳-۴-۴- شبكه‌بندی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار: ۹۷

۶-۳-۴-۵- بررسی شبكه‌بندی مدل سرریز اوجی انحرافی گرمسار. ۹۸

۶-۳-۵- تعیین شرایط مرزی برای شبكه‌بندی مدل سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار. ۱۰۲

۶-۳-۶- انتخاب شیوه محاسباتی و فرمول بندی حل مدل سرریز اوجی سد گرمسار در برنامه Fluent 104

6-3-7- تعیین خواص سیال. ۱۰۴

فصل هفتم/بحث و نتیجه‌گیری.. ۱۱۰

 نتیجه‌گیری و پیشنهادات : ۱۱۱

پیشنهادات: ۱۱۲

مراجع و منابع. ۱۱۳

 دانلود فایل