حجتی, سید حامی, محمدیون, سعید, صالحی نیشابوری, سید علی اکبر. (1395). بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی در جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی. مهندسی عمران مدرس, 16(4), 69-81.
سید حامی حجتی; سعید محمدیون; سید علی اکبر صالحی نیشابوری. "بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی در جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی". مهندسی عمران مدرس, 16, 4, 1395, 69-81.
حجتی, سید حامی, محمدیون, سعید, صالحی نیشابوری, سید علی اکبر. (1395). 'بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی در جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی', مهندسی عمران مدرس, 16(4), pp. 69-81.
حجتی, سید حامی, محمدیون, سعید, صالحی نیشابوری, سید علی اکبر. بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی در جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی. مهندسی عمران مدرس, 1395; 16(4): 69-81.
بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی در جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی
2کارشناس ارشد مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس
3استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و پژوهشکده مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
جریان عبوری از جام پرتابی، جریانی به شدت آشفته و دو فازی می‌باشد. . آشفتگی یکی از محدودکننده‌ترین عوامل در شبیهسازی عددی جریان سیالات می‌باشد، به طوری که با ثابت فرض کردن ابعاد شبکه و روش گسسته‌سازی، فاکتور موثر در زمان محاسبات، مدل آشفتگی خواهد بود. هدف از انجام این پژوهش، استفاده از روش عددی در تحلیل جریان دو فازی و آشفته عبوری از جام پرتابی مثلثی به منظور مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی و بررسی عملکرد مدل‌های مختلف آشفتگی برای این نوع جریانات می‌باشد. به منظور دست‌یابی به اهداف مذکور با استفاده از نرم افزار فلوئنت، معادلات رینولدز درحالت دوبعدی و گذرا برای جریان عبوری از جام پرتابی حل شده‌اند. برای مدل کردن جریان آشفته از مدل‌های مختلف آشفتگی k-ε، k-ω و RSM و به منظور شبیهسازی جریان دوفازی آب و هوا از روش حجم سیال استفاده شده است. در بررسی پارامتر حداکثر فشار دینامیکی بر روی جام مدل k-ε استاندارد حالت "عدد رینولدز پایین (LRN)" و مدل RSM Stress Omega جواب‌های مشابه و دقیقی را در بین مدل‌های بررسی شده بدست می‌آورند. مدل SST k-ω جواب بهتری نسبت به مدل k-ω استاندارد و جواب نسبتاً مشابه با مدل k-ε در محاسبه حداکثر فشار دینامیکی بر روی جام می‌دهد. همچنین این مدل در محاسبه پروفیل جت خروجی از جام عملکرد بهتری نسبت به سایر مدل‌های مبتنی بر لزجت گردابه‌ای ارائه می‌دهد. در نهایت مدل k-ω SST با در نظر‌گیری زمان و هزینه محاسبات به عنوان مدل مناسب برای جریان عبوری از جام پرتابی مثلثی معرفی شده است.
Effects of Different Turbulence Models on Flow over a Triangular Flip-Bucket
نویسندگان [English]
seyed hami hojjati1؛
چکیده [English]
Spillways have long been of practical importance to safety of dams, therefore these structures have to be built strong, reliable and highly efficient. Ski jump dissipator is one the flow energy dissipators which is applicable downstream of spillway chutes with velocity over 20 m/s. Flow over a flip-bucket is a two-phase and strongly turbulent flow. Turbulence modeling is one of the most limiting factors in accurate computer simulation of flows. By fixing the grid resolution and the discretization scheme, the difference of computation time is mainly attributed to the turbulence model. The choice of turbulence model depends on factors such as the physics encompassed in the flow, the level of accuracy required, the available computational resources, and the amount of time available for the simulation. It is a fact that no single turbulence model is universally accepted as being superior for all classes of problems. The main purpose of the present study is numerical investigation of two-phase turbulent flow over a triangular flip-bucket to evaluate effects of different turbulence models in this type of flow. Hence, using FLUENT® software, two dimensional Reynolds averaged Navier-Stockes equations have been solved in unsteady state. Different turbulence models consist of k-ε, k-ω and RSM; have been used. To simulate two-phase flow, volume of fluid (VOF) method has been applied. Standard k-ε and stress-omega RSM models with low-Reynolds number modifications have the best performance among the other turbulence models. In standard k-ε model when low-Reynolds number modification was activated, the effects of molecular viscosity were taken into account in near-wall regions. Therefore, in low-Reynolds number k-ε model, maximum dynamic pressure over the bucket was predicted more accurately in comparison with standard k-ε model. Regarding modification in strain-pressure terms in turbulence equations, effects of anisotropic Reynolds stress tensor were taken into account in stress-omega RSM model with low-Reynolds number modifications. Thus, compared to other turbulence models, numerical results of this model are in a better agreement with experimental results. Different k-ε models could not predict the jet trajectory after the bucket very well. Due to blending function in SST k-ω model, this turbulence model effectively blended the robust and accurate formulation of the k-ω model in near-wall regions with the free-stream independence of the k-ε model in the far field. In estimation of maximum dynamic pressure over the bucket, this model had a better performance than standard k-ω model and relatively similar results to k-ε model. In addition, SST k-ω model has shown the best prediction of the jet trajectory among other turbulence models. Eventually, with respect to computation cost and accuracy of results, SST k-ω turbulence model has been introduced as the most suitable turbulence model to predict the flow pattern of a triangular flip-bucket.
[1] Vischer, D. L., and Hager, W. H. "Energy dissipators." IAHR Hydr. Struct. Des. Manual 9, Balkema, Rotterdam, The Netherlands., 1995.
[2] Balloffet, A. "Pressures on spillway flip buckets". J. Hydr. Div., ASCE, 87(5), 1961, 87–98
[3] Juon, R., and Hager, W. H. "Flip bucket without and with deflectors." . Journal of Hydraulic Engineering, 126(11), 2000, 837-845.
[4] Heller, V., Hager, W. H., and Minor, H.-E. "Ski jump hydraulics." J. Hydraul. Eng., 131(5), 2005, 347–355.
[5] Gessler, D. "CFD modeling of spillway performance." ASCE. 2005
[6] Steiner R, Heller V, Hager WH, Minor HE. Deflector ski jump hydraulics. Journal of Hydraulic Engineering, 134(5), 2008, 562-571.
[7] Larese, A., . Rossi, R., Oñate, E., and Idelsohn, S. "Validation of the particle finite element method (PFEM) for simulation of free surface flows." Engineering Computations 25(4), 2008, 385-425.
.[8] Pfister, M. "Schussrinnenbelüfter: Lufttransport ausgelöst durch interne Abflussstruktur (Chuteaerators: Air transport due to internal flow features)." Laboratory of Hydraulics, Hydrology and Glaciology (VAW), H.-E. Minor, ed. ETH: Zurich (in German(, 2008.
[9] Pfister, M. "Jet impact angle on chute downstream of aerator. Proc, 4th IAHR Int, Symp, on Hydraulic Structures, 2012.
[10] Menter, Florian R. "Turbulence Modeling for Engineering Flows." Technical Paper, ANSYS inc 2011: 1-25.
[11] Craft, T., Graham, L., and Launder, B. E. "Impinging jet studies for turbulence model assessment—II. An examination of the performance of four turbulence models." International Journal of Heat and Mass Transfer, 36(10), 1993, 2685-2697.
[12] Heschl, C., Sanz, W., and Klanatsky, P. "Implementation and comparison of different turbulence models for three dimensional wall jets with FLUENT." in CFD Forum. 2005.
[13] قلمبر؛ فاطمه؛ "شبیهسازی عددی جریان دوفازی روی جام های پرتابی"؛ پایاننامه کارشناسیارشد، دانشگاه شیراز، 1390.
[14] حجتی، سید حامی."بررسی عددی هیدرولیک جریان جام پرتابی مثلثی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس،1392.
[15] Rodi W. "Turbulance Models and Their Application in Hydraulics: A State-Of-The-Art Review." Taylor & Francis Group, 1993.
[17] Henkes, R. and Hoogendoorn, C" Comparison of turbulence models for the natural convection boundary layer along a heated vertical plate." International journal of heat and mass transfer, 32(1), 1989, 157-169.
[18] Henkes, R. A. W. M., and C. J. Hoogendoorn. "Comparison of turbulence models for the natural convection boundary layer along a heated vertical plate." International journal of heat and mass transfer 32.1 (1989): 157-169.
[19] Jones, W. P., and BEi Launder. "The prediction of laminarization with a two-equation model of turbulence." International journal of heat and mass transfer 15.2 (1972): 301-314.
[20] Iaccarino, G. "Predictions of a turbulent separated flow using commercial CFD codes." Transaction-American Society Of Mechanical Engineers Journal Of Fluids Engineering, 123(4), 2001, 819-828.
[21]Ben-Mansour, R., Habib, M. A., Badr H. M., and Anwar, S. "Comparison of different turbulence models and flow boundary conditions in predicting turbulent natural convection in a vertical channel with isoflux plates." Arabian Journal for Science and Engineering, 32(2), 2007, 191.
[22] Rogers, S.E., Menter, F. R., Durbin P. A., and Mansour, N. N. "A comparison of turbulence models in computing multi-element airfoil flows." AIAA paper, 1994, 94: p. 0291.
[23] Menter, F. Ferreira, J. C., Esch T., and Konno, B. "The SST turbulence model with improved wall treatment for heat transfer predictions in gas turbines." in Proceedings of the International Gas Turbine Congress-IGTC2003-TS-059. 2003.
ابتدای صفحه