دانلود پایان نامه شبیه‏ سازی عددی جریان متلاطم در اطراف گروه پایه‏های پل با نرم‏افزار Flow-3D

دانشکده کشاورزی

 پایان‏ نامه کارشناسی ارشد در رشته‏ ی

مهندسی آب (سازه‏های آبی)

  شبیه‏ سازی عددی جریان متلاطم در اطراف گروه پایه‏های پل با نرم‏افزار Flow-3D

 استاد راهنما:

دکتر سید محمد علی زمردیان

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

یکی از مهم‏ترین عوامل تخریب پل‏ها در سراسر جهان آبشستگی رسوبات در اطراف پایه پل می‏باشد. تخمین حداکثر عمق آبشستگی اطراف پایه پل با روابط نیمه‏ تجربی روشی قابل اطمینان نیست. یکی از روش‏های شناخت فرایند فرسایش مطالعه ساختار جریان است. در این تحقیق به بررسی ساختار جریان متلاطم اطراف گروه پایه پل با بهره گرفتن از دینامیک سیالات محاسباتی پرداخته شده است. به این منظور از نرم‏افزار Flow-3d (Ver.10.0.1) که قابلیت مدل‏کردن جریان به صورت سه‏بعدی را دارد، برای شبیه‏سازی الگوی جریان تلاطمی در اطراف پایه پل استفاده شد. به منظور صحت‏سنجی نرم‏افزار، مطالعه الگوی جریان در اطراف تک‏پایه با مدل آشفتگی دومعادله‏ای ، انجام گرفت. همچنین دو مدل آشفتگی RNG و  برای شبیه‏سازی الگوی جریان اطراف گروه پایه دوتایی پشت‏ سر هم به کار گرفته شد. هر دو بررسی، بر روی بستر ثابت و بدون چاله آبشستگی انجام شد. در ادامه، از مدل RNG برای مطالعه الگوی جریان تلاطمی و حرکت ذرات اطراف گروه پایه دوتایی و بر روی بستر ثابت در حضور چاله آبشستگی استفاده گردید. نتایج شبیه‏سازی سرعت و خطوط جریان در اطراف گروه پایه دوتایی با به کار‏گیری مدل آشفتگی RNG نسبت به مدل  به نتایج آزمایشگاهی نزدیک‏تر بود. همچنین این بررسی نشان داد که نتایج شبیه‏سازی، مطابقت مناسبی را با نتایج واقعی داشته که نمایانگر قابلیت بالای مدل شبیه‏سازی در پیش‏بینی جریان اطراف تک‏پایه و گروه پایه پل دارد.

فهرست مطالب

عنوان ……………………………………….صفحه

فصل اول: کلیات   

1-1- مقدمه. 2

1-2- ضرورت انجام تحقیق.. 3

1-3- هدف تحقیق.. 4

1-4- مروری بر مطالب سایر فصل‏ها 4

فصل دوم: تئوری تحقیق و مروری بر تحقیقات پیشین

2-1- مقدمه. 7

2-2- جریان در مجاری روباز 7

2-2-1- انواع جریان.. 8

2-2-2- توزیع تنش برشی و سرعت… 10

2-3- الگوی جریان در اطراف پایه پل: 13

2-4- مروری بر تحقیقات گذشته: 16

2-4-1- بررسی اثر غلظت رسوبات با بهره گرفتن از روش تک‏فازی.. 16

2-4-2- بررسی روش‏های دوفازی در شرایط گوناگون.. 17

2-4-2-1- شرایط جریان اطراف پایه استوانه‏ای در حضور چاله آبشستگی.. 17

2-4-2-2- مطالعه جریان برروی شکل و چینش انواع پایه و شمع. 20

عنوان ……………………………………………………صفحه

2-4-2-3- مطالعه برروی جریان در بالادست و پایین دست پایه استوانه‏ای.. 25

2-5- ضعف مطالعات گذشته. 28

فصل سوم: مواد و روش‏ها

3-1- مقدمه. 30

3-2- معادلات حاکم. 31

3-2-1- سیستم‏های مختصات.. 31

3-2-2- روش VOF. 31

3-2-3- روش FAVOR.. 32

3-2-4- رفتار سیال در نزدیکی دیوار 33

3-2-5- معادله بقای جرم یا معادله پیوستگی.. 35

3-2-6- معادلات اندازه حرکت… 35

3-2-7- معادله حجم جریان.. 36

3-3- مدل‏های حل تلاطم. 36

3-3-1- مدل های صفر معادله ای.. 37

3-3-2- مدل‏های یک معادله‏ای.. 37

3-3-3- مدل . 38

3-3-4- مدل . 39

3-3-5- مدل شبیه‏سازی گردابه‏های بزرگ (LES) 40

3-4- ذرات نشانگر. 41

فصل چهارم: نتایج شبیه‏سازی عددی

4-1- مقدمه. 43

4-2- شبیه‏سازی بستر صاف.. 43

4-2-1- مشخصات مدل آزمایشگاهی.. 43

4-2-2- شبیه‏سازی مدل تک پایه. 45

4-2-3- نتایج در حالت تک پایه. 51

4-2-3-1- مقایسه خطوط جریان در حالت تک‏پایه. 53

عنوان ……………………………..صفحه

4-2-3-2- مقایسه نتایج سرعت‏ در حالت تک‏پایه. 54

4-2-4- شبیه‏سازی مدل گروه پایه دوتایی.. 58

4-2-5- نتایج در حالت گروه پایه دوتایی.. 61

4-2-5-1- مقایسه نتایج سرعت در حالت گروه پایه. 62

4-2-5-2- مقایسه خطوط جریان در حالت گروه پایه. 68

4-3- شبیه‏سازی در حضور چاله آبشستگی.. 75

4-3-1- مشخصات مدل آزمایشگاهی.. 75

4-3-2- شبیه‏سازی مدل.. 76

4-3-3- نتایج در حالت گروه پایه دوتایی.. 78

4-3-3-1- نتایج سرعت در حالت گروه پایه در حضور چاله آبشستگی.. 78

4-3-3-2- بررسی حرکت ذرات نشانگر. 83

فصل پنجم: نتیجه‏گیری

5-1- نتیجه‏گیری.. 86

5-2- پیشنهادات.. 88

فهرست منابع و مآخذ

چکیده به زبان انگلیسی

– مقدمه

احداث پایه‏های پل در رودخانه‏ها اثراتی مهم و گاه مخرب به همراه دارد که از این میان می‏توان به مواردی چون اعمال نیروی هیدرودینامیکی جریان بر پایه، وقوع آبشستگی موضعی حول پایه و افزایش سطح آب در بالادست پایه (فراآب) اشاره نمود (کریمی‏نیا و صالحی نیشابوری، 1390). به برداشته شدن مواد کف بستر در اطراف پایه‏ها آبشستگی پایه پل گویند. شتاب جریان ناشی از پایه‏های پل باعث ایجاد گرداب‌های نعل اسبی[1] و گرداب‌های دنباله[2] در اطراف پایه‏ها می‏شود. گرداب‌های نعل اسبی که در پایین پایه‏ها به‏ وجود می‏آید اساسی‏ترین نیروی مستقیم را که سبب فرسایش مواد بستر می‏گردد را ایجاد می‏کنند. قرارگیری پایه‏های پل در مسیر جریان باعث ایجاد ساختار افقی جریان می‏گردند (هافمن و ورهیج[3]، 1997). شکل و عمق آبشستگی موضعی اطراف پایه‏های پل در درجه اول به شکل هندسی پایه پل بستگی دارد. الگوی جریان و آبشستگی در اطراف پایه در شکل 1-1 نشان داده‌شده است.

شکل 1-1- مکانیسم آبشستگی پایه پل (هربیچ[4]، 1984)

فرایند آبشستگی در اطراف پایه نسبتاً پیچیده است. این الگوی پیچیده جریان در چاله آبشستگی به تفصیل توسط افراد متعددی مورد بررسی قرار گرفته است که از آن جمله می‏توان به هربیچ (1984)، درگاهی[5] (1987)، بریسرز ورادکیوی[6] (1991) اشاره کرد. جریانهای اصلی ایجاد کننده آبشستگی در اطراف پایه شامل جریان رو به پایین[7] در بالادست پایه، گردابهای نعل اسبی در پایین پایه، جریانهای غلتکی سطحی[8] در بالادست پایه و گردابهای دنباله در پایین دست پایه می‏باشد. جریان پایین رونده در نتیجه مانع شدن بدنه پایه در مقابل جریان می‏باشد که باعث کاهش سرعت جریان در بالادست پایه می‏شود. برخورد جریان پایین رونده به بستر مانند یک جت عمودی عمل می‏کند. برخورد جریان پایین رونده با جریان افقی لایه مرزی در نزدیکی کف، گردابهای نعل اسبی را در پایین پایه بوجود می‏آورد (ریچاردسون و پانچانگ[9]، 1998). بلافاصله در جلوی پایه شیاری ایجاد می‏گردد. دو جریان گردابهای نعل اسبی و دنباله مصالح بستر را از منطقه پایین پایه جابه‏جا می‏کنند. هرچند، با فاصله گرفتن از پایین‏ دست پایه شدت گردابهای دنباله به سرعت کاهش می‏یابند (ریچاردسون و دیویس[10]، 2001). از این رو بلافاصله در پایین دست پایه مصالح بستر رسوب می‏کنند.

1-2- ضرورت انجام تحقیق

با توسعه مدل‏های عددی در حال حاضر نرم‏افزار‏های زیادی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی[11] (CFD) در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می‏گیرد. مدل‏های عددی براساس ابعاد واقعی عمل نموده و از شرایط خاص جهت تعیین سرعت جریان آشفته و آبشستگی بستر استفاده می‏نمایند. نرم‏افزار Flow-3D نرم‏افزاری چند جانبه و سازگار با شرایط پیچیده جریان در مدل‏سازی به صورت دو بعدی و سه بعدی است. این نرم‏افزار توانایی حل معادلات پیوستگی و اندازه حرکت یا معادلات ناویر استوکس را داراست بطوریکه میدان جریان را به صورت حجم کنترل‏های مجزا در نظر می‏گیرد و از معادلات حاکم بر جریان سیال روی هر حجم کنترل انتگرال گرفته می‏شود.

روابط فراوانی برای تخمین عمق آبشستگی موضعی پایه پل‏ها ارائه شده است. اغلب آنها از مطالعات آزمایشگاهی بدست آمده‏اند و تعداد کمی از آنها نیز با بهره گرفتن از اطلاعات میدانی بازبینی شده‏اند. امروزه، علم دینامیک سیالات محاسباتی مهندسین را قادر به بررسی هیدرودینامیک این پدیده نموده است. با توجه به محدودیت‏های مطالعات آزمایشگاهی مانند زمان بر بودن، هزینه بالا و نیاز به امکانات آزمایشگاهی خاص خود و نیز لزوم انجام مطالعات بیشتر برای شناخت کامل‏تر این پدیده، نیاز به استفاده از روش‏های عددی کارآمد و کم هزینه به روشنی احساس می‏شود، از این رو می‏توان شبیه‏سازی عددی را گزینه مناسبی جهت بررسی خصوصیات مختلف جریان دانست؛ بنابراین در این مطالعه با بهره گرفتن از نرم‏افزارFlow-3D Ver.10.0.1 میدان جریان سه بعدی متلاطم و خصوصیات مختلف آن در اطراف تک پایه پل و سری گروه پایه پل با چینش متفاوت مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

1-3- هدف تحقیق

هدف از این تحقیق، شبیه‏سازی الگوی جریان متلاطم در اطراف تک پایه و گروه پایه‏های پل با چینش متفاوت و در شرایط حضور و عدم حضور چاله آبشستگی با بهره گرفتن از نرم‏افزار   Flow-3D Ver.10.0.1 می‏باشد. همچنین از مدل‏های مختلف تلاطمی نیز جهت حل معادلات ناویر استوکس استفاده خواهد شد و در نتیجه جهت صحت‏سنجی مدل، نتایج بدست آمده از شبیه‏سازی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می‏گردند.

1-4- مروری بر مطالب سایر فصل‏ها

در ادامه و در فصل دوم مروری بر تحقیقات و مطالعات مشابه صورت گرفته انجام می‌گیرد. در فصل سوم به بررسی نرم‌افزار مورد استفاده و روش‌ها و مدل‌های کاربردی این نرم‌افزار در شبیه‌سازی پرداخته می‌شود. در فصل چهارم بررسی جریان در اطراف تک پایه و گروه پایه دوتایی در شرایط حضور و بدون حضور چاله آبشستگی صورت می‌گیرد. این بررسی شامل مطالعه سرعت‌ها، خطوط جریان، بردارهای سرعت و ذرات نشانگر می‌باشد. فصل پایانی و پنجم، نتیجه‌گیری از مطالعات و ذکر پیشنهاد‌ها خواهد بود.

تعداد صفحه : 121

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.