چکیده:

هدف این پایان‌نامه تحقیق در مورد راهکارهای حل نیمه دقیق از یک 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 یکی 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 کشور می‌باشد بطوریکه مدلهای CFD در چند سال اخیر نقش بسزایی را در مسائل صنعتی و آکادمیک ایفا کرده است. در دو دهة قبل مسائل (CFD) به صورت آکادمیک مطرح بوده ولی در دهة اخیر در کشورهای پیشرفته رواج گستره‌ای در صنعت پیدا کرده 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 فیزیکی تنها روش بررسی بوده ولی هم اکنون استفاده از روش (CFD) رواج گسترده‌ای پیدا کرده است که هزینه و زمان بررسی کردن 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 شبکه‌بندی مدل تاج سرریز سدانحرافی گرمسار از نوع شبکه‌بندی چند بلوکی 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 تشکیل نمی‌گردد و برای ۱=Hd/H و ۳۳/۱=Hd/H بر روی تاج سرریز سد انحرافی گرمسار فشا منفی تشکیل می‌گردد.

فهرست

چکیده: ۱

فصل اول/کلیات… 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 یک محاسبه تئوری.. ۱۱

هزینه کم. ۱۱

اطلاعات کامل.. ۱۲

توانایی شبیه سازی شرایط واقعی.. ۱۲

توانایی شبیه‌سازی شرایط ایده‌آل. ۱۲

نارساییهای محاسبه تئوری.. ۱۳

انتخاب متد پیشگوی.. ۱۳

یک برنامه CFD چگونه کار می‌کند؟. 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- شکل‌گیری سرریز از نوع پیوند (Ogee) 26

3-4- سرریز WES.. 28

3-4-1- طراحی هیدرولیکی 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 کف 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 کوتاه بدون دریچه WES در تنداب‌ها ۳۵

۳-۵- کنترل‌کاویتاسیون 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 فیزیکی.. Error! Bookmark not defined.

الف- آشفتگی.. Error! Bookmark not defined.

ب-احتراق/واکنشهای 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 کاربر. 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- شکل 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 حاکم. 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 شبکه. Error! Bookmark not defined.

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

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

انتقال اطلاعات… Error! Bookmark not defined.

چند شبکه‌ای بی‌سازمان. Error! Bookmark not defined.

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

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

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

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

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

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

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

- تئوری و معادلات حاکم 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.

- پراکندگی 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

- کشش سطح.. ۶۲

- چسبندگی دیواره ۶۳

۴-۵-۲- چگونگی استفاده از مدل VOF.. 64

- فعال سازی مدل VOF.. 65

- تعریف فازها ۶۶

- فعال سازی کشش سطحی و چسبندگی دیواره ۶۶

- انتخاب فرمولاسیون VOF.. 66

- چند مثال نمونه. ۶۸

تنظیم پارامترهای شبیه‌سازی جریان ناپایا برای مدل VOF.. 68

وارد کردن نیروی وزن در محاسبات VOF.. 69

تعیین شرائط مرزی.. ۷۰

- تعیین شرائط اولیه کسرهای حجمی.. ۷۱

- استراتژیهای حل.. ۷۱

پس پردازش مدل VOF.. 73

4-5-2- مدل کاویتاسیون. ۷۳

۴-۵-۲-۱- تئوری مدل کاویتاسیون. ۷۴

- معادله کسر حجمی.. ۷۴

- محاسبه انتقال جرم بین فازها ۷۵

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

- فعال‌ کردن مدل کاویتاسیون. ۷۶

- تعریف فازها ۷۷

- تنظیم پارامترهای مدلسازی کاویتاسیون. ۷۷

- تأثیر نیروی وزن در محاسبات کاویتاسیون. 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 کسر حجمی فاز ثانویه. ۸۱

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

- فعال‌ کردن مدل ASM… 82

- تنظیم پارامترهای مدل ASM… 83

- تعیین شرائط مرزی.. ۸۳

- تعیین شرائط اولیه کسرهای 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 کردن هدفهای شبیه‌سازی.. ۹۳

۶-۳-۲- انتخاب مدل محاسباتی.. ۹۳

۶-۳-۳- انتخاب مدل فیزیکی.. ۹۳

۶-۳-۴- مراحل انجام پروژه تحقیقات: ۹۴

۶-۳-۴-۱ تولید شکل : ۹۴

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

۶-۳-۴-۳- انواع شبکه‌ بندی.. ۹۶

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

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

۶-۳-۵- تعیین شرایط مرزی برای شبکه‌بندی 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