فهرست و منابع پایان نامه شبیه سازی عددی پارامترهای هندسی - هیدرولیکی آبشستگی پایین دست جت های ریزشی آزاد در حوضچه استغراق
فهرست:
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده ............................................................................................................................................................................. 1
مقدمه .............................................................................................................................................................................. 2
فصل اول: کلیات و مفاهیم اساسی آبشستگی ............................................................................................... 4 1-1) تاریخچه علم هیدرولیک و رسوب .................................................................................................. 5
2-1) مفهوم آستانه حرکت ذرات ............................................................................................................... 7
3-1 ) آبشستگی .............................................................................................................................................. 10
1-3-1 ) آبشستگی عمومی ....................................................................................................................... 10
2-3-1) آبشستگی موضعی (محلی) ............................................................................................................... 11
3-3-1) مراحل مختلف آبشستگی ................................................................................................................ 14
1-3-4) مشکلات و خطرات ناشی از آبشستگی سازه های هیدرولیکی ............................................... 15
1-4) آبشستگی ناشی از جتها ....................................................................................................................... 17
1-4-1) مقدمه .................................................................................................................................................. 17
1-4-2) تعریف جت و تقسیم بندی انواع آن .............................................................................................. 18
1-4-3) خصوصیات جت قائم و آبشستگی ناشی از آن ............................................................................ 12
1-4-4) خصوصیات جت مایل و آبشستگی ناشی از آن .......................................................................... 28
5-1) مروری بر مباحث تئوری آبشستگی ...................................................................................................... 33 فصل دوم: مروری بر مطالعات صورت گرفته ................................................................................................... 73 1-2) مقدمه .................................................................................................................................................... 38
2-2 ) اثر شکل ابعاد جت ............................................................................................................................... 04
2-3 ) اثر زاویه برخورد جت ......................................................................................................................... 34
2- 4 ) اثر عمق پایاب ...................................................................................................................................... 64
5) اثر ارتفاع ریزش جت ......................................................................................................................... 15
2-6 ) اثر اندازه دانه ها ..................................................................................................................................... 75
7-2) اثر دبی جریان یا سرعت جت ........................................................................................................... 16
8-2) اثر هوادهی ورودی به جت .................................................................................................................. 56
فصل سوم : معادلات حاکم بر جریان سیال .................................................................................................. 27 1-3) مقدمه ...................................................................................................................................................... 73
معادلات پیوستگی ................................................................................................................................ 73
معادله اندازه حرکت .............................................................................................................................. 74
معادله انرژی ............................................................................................................................................. 57
معادلات کلی انتقال ................................................................................................................................ 87
فصل چهارم : آشفتگی و مدلهای آشفتگی .................................................................................................... 80
1-4) مقدمه ای بر آشفتگی جریان ............................................................................................................. 18
برخورد آماری با آشفتگی جریان ......................................................................................................... 28
3-4) مفاهیم اساسی در مدل کردن آشفتگی ........................................................................................... 58
1-3-4) مفهوم لزجت گردابه ای (Eddy viscosity) ........................................................................... 85
2-3-4) مفهوم انتشار گردابه ای (Eddy Diffusivity) ........................................................... 68
4-4) دسته بندی مدلهای انتقال آشفتگی ................................................................................................. 68
1-4-4) مدلهای صفر معادله ای یا جبری .................................................................................................. 87
4-4-2) مدلهای تک معادله ای .................................................................................................................... 88
4-4-3 ) مدل دو معادله ای ............................................................................................................................. 98
مدل استاندارد k- ε ................................................................................................................. 19
روش قانون دیواره (Wall Function) برای اعداد رینولدز بالا ........................................ 29
مدل k -ε برای اعداد رینولدز پایین ...................................................................................... 49
4-4-4) مدلهای چند معادله ای .................................................................................................................... 95
4-5 ) ارزیابی مدلهای آشفتگی ................................................................................................................... 89
فصل پنجم: روش حل عددی .............................................................................................................................. 100
) مقدمه ........................................................................................................................................................ 101
) روش حجم محدود .............................................................................................................................. 102
5 -2-1) معادلات نفوذ دائم ............................................................................................................................ 104
5-2-2 ) معادلات نفوذ -جابجایی دائم ......................................................................................................... 107
5-2-1) طرح اختلاف مرکزی ...................................................................................................................... 109
5-2-2-2) طرح اختلاف بالادست یا روش آپویند .................................................................................. 110
5-2-2-3 ) طرح توان –پیرو ........................................................................................................................ 112
5-2-2-4 ) طرح اختلاف بالادست مرتبه دوم (کوئک) ............................................................................ 113
5-2-3) معادلات نفوذ -جابجایی غیردائم (گذرا) ........................................................................................ 116
118 .................................................................................. (Forward- Euler) روش اولر پیشرو (1-3-2-5
118 .................................................................. (Crank-Nicolson) روش کرانک نیکولسون ( 2-3-2-5
3-3-2-5) روش اسدریک (Sdrik) ............................................................................................................ 118
4-3-2-5) روش فرس (Frace) ................................................................................................................. 119
119 ............................................................................................... (Vosoughifar) روش وثوقی ( 5-3-2-5
123 .................................................................................. (Fully Implicit) روش کاملا ضمنی (6-3-2-5
3-5) الگوریتمهای حل توام فشار-سرعت ....................................................................................................... 125
5-3-1 ) الگوریتم SIMPLE .......................................................................................................................... 126
5-3-2 ) الگوریتم GMRES ........................................................................................................................... 127
فصل ششم : نرم افزار FLOW-3D ......................................................................................................... 132
6-1 ) مقدمه ........................................................................................................................................................ 133
2-6) مدل آزمایشگاهی ................................................................................................................................... 134
3-6) شبیه سازی عددی .................................................................................................................................. 137
138 ................................................................................................................................... Global منوی (1-3-6
139 ............................................................................................................................... Physics منوی (2-3-6
140 ......................................................................................................... Sediment Scour مدل (1-2-3-6
6-3-2-2) مدل آشفتگی جریان ...................................................................................................................... 146
147 ................................................................................................................................... Fluid منوی ( 3-3-6
148 ..................................................................................... Meshing and Geometry منوی (4-3-6
150 .................................................................................. Boundary Condition شرایط مرزی ( 5-3-6
153 ....................................................................................................................... Numericis منوی ( 6-3-6
6-3-7 ) منوی Simulation ..................................................................................................................... 156 فصل هفتم: نتایج بدست آمده و تجزیه و تحلیل آن ............................................................................. 157
7-1) مقدمه ........................................................................................................................................................ 158
7-2 ) تجزیه و تحلیل شبیه سازی جت ریزشی ......................................................................................... 159
7-3 ) تجزیه تحلیل و شبیه سازی 2 بعدی آبشستگی ............................................................................... 165
7-4) تجزیه و تحلیل شبیه سازی 3 بعدی آبشستگی ................................................................................ 170
17-4-) بررسی ابعاد حفره آبشستگی ........................................................................................................... 175
2-4-7) بررسی توزیع سرعت در مقاطع عرضی ( بردارهای جریان ثانویه ) ......................................... 181 فصل هشتم : نتیجه گیری و پیشنهادات .................................................................................................... 191
1-8) نتیجه گیری .............................................................................................................................................. 192
2-8) پیشنهادات ............................................................................................................................................... 194
منابع و ماخذ
فهرست منابع فارسی
فهرست منابع لاتین
چکیده انگلیسی 200
منبع:
بیات ،حبیب اﷲ " اندرکنش سازه های آبی و فرسایش " ، انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر، 1379
شفاعی بجستان ، محمود ، " هیدرولیک رسوب "، انتشارات دانشگاه شهید چمران ، 1373
درنا تاج کریمی ، " تحلیل آبشستگی بستر ناشی از جتهای ریزشی و کاربرد شبکه عصبی مصنوعی در آن " پایان نامه کارشناسی
ارشد ، دانشگاه تربیت مدرس ، دانشکده فنی مهندسی ،
حمیدرضا وثوقی فر،"حل عددی کمی-کیفی آب در محیطهای متخلخل به روش حجم محدود" ، رساله دکتری استاد راهنما دکتر
ابولفضل شمسایی، (1382)
شجاعی فرد – نورپور هشترودی ، " مقدمه ای بر دینامیک سیالات محاسباتی " انتشارات دانشگاه علم وصنعت ایران ، 1379
مهرابیان ، مظفر علی " دینامیک سیالات محاسباتی اصول و کاربردها" ،انتشارات دانشگاه شهید باهنر کرمان ،چاپ اول 1380
محبوبی ابراهیم " اثر قطر مصالح بر میزان آبشستگی ناشی از جتهای ریزشی آزاد " پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه علم و
صنعت ، دانشکده فنی و مهندسی ، 1375
آذر فرانبه ، اردشیر " اثر دانه بندی مصالح بر میزان آبشستگی پایین دست سریزهای ریزشی آزاد " پایان نامه کارشناسی ارشد ،
دانشگاه تربیت مدرس ، دانشکده فنی و مهندسی، 1384
9 - سعیدی نژاد ، محمد رضا " تحلیل آبشستگی در پایین دست جتهای ریزشی مستطیلی شکل " پایان نامه کارشناسی ارشد ،تربیت
مدرس ،دانشکده فنی مهندسی ، 1384
01- عظیمی ،عزیز "حل عددی جریان آشفته بوسیله روش عددی حجم محدود" پایان نامه کارشناسی ارشد، مرکز اطلاعات و مدارک
علمی ایران ،شماره مدرک TH 04452
11- منتظری هدش،علی "حل عددی جریان مغشوش با استفاده از روش چند شبکه ای " ،پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه شیراز
1377، مرکز اطلاعات و مدارک علمی ایران شماره مدرک TH 22847
21- مهدوی زاده ، امیر حسین " بررسی تأثیر پارامترهای هندسی- هیدرولیکی بر آبشستگی پایین دست جت های ریزشی با هدف
تعمیم رابطه (DOT)" ، پایان نامه کارشناسی ارشد ، دانشگاه آزاد تهران جنوب ، 1386
Breusers, H.N.C., 1966," conformity and time scale in two - dimensional local scour,” Proc,
Symposium on model and prototype conformity: 1-8, hydraulic research laboratory , Poona (also delft hydraulics , delft, publication 40)
Dietz, J.W., 1969, kolkbildung in feinenoder leichten sohl materialien bei stromendem Ab flub
Hoffmans G.J.C.M., 1992, “Two - Dimensional Mathematical Modeling of local - Scour Holes”, Doctoral Thesis, Faculty Civil Engineering, Hydraulic and Geotechnical Engineering Division, Delft university of technology Delft.
Hoffmans G.J.C.M., 1998, “Jet Scour in Equilibrium Phase“Journal of Hydraulic Engineering, April 1998
Delft Hydraulics, 1996, Case “Gravity Based Structure”, Report Q2225, Delft Hydraulic, Delft
Hoffmans G.J.C.M.,1993. “A hydraulic and morphological criterion for upstream slopes in local -scour “, report W-DWW-93-255, Ministry of Transport, Public works and water
Management, Road and Hydraulic Engineering Division, Delft
Hoffmans G.J.C.M and K.W.Pilarczyk, 1995 “local scour downstream of Hydraulic Structures
“Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 121(4), 326-340
Sopdat - B. Huang, “Numerical Flow and Heat Transfer Under Impinging Jet “
J.M.F.Vickers “Heat Transfer Coefficient between Fluid jets and Normal Surfaces “Ind. Eng .chem, Vol 5. No.8, pp 967-972, 1959
22- Johnston A.J. “An Experimental Study of Shallow Submerged Turbulent Jets “Ph.D. thesis university of Liverpool, 1978
Karim Ali K.H.M. “Prediction of flow patterns in local scour holes caused by turbulent water jets “ Journal of Hydraulic Research Vol 38 ,2000, No.4
Mazurek K.A., Rajaratnam, N.Sego D.C “Scour of a Cohesive Soil by Submerged Plane
Turbulent Wall Jets” Journal of Hydraulic Research Vol. 41, No.2, 2003, 195-206
Ervin .D.A, 1997, “Pressure Flections on Plunge Pool Floors “, Journal of Hydraulic Research, VOL 35, 1997, No.2, pp 257-279
Horeni,P, 1956 “ Disintegration of a Free Jet of Water in Air “ Byzkummy ustar vodoho spodarsky prace a studie , sesit93 , praha, pokbaba.
Aderibigbe and Rajaratnam, 1996 " Erosion of lose beds by Submerged Circular impinging vertical turbulent jets " Journal of Hydraulic Research No1, PP 19-33
PEIQING.Liu, 2005,”A New Method for Calculating Depth of Scour Pit Caused by Overflow Water Jets "Journal of Hydraulic Research Vol.43, No.6, PP.696-702
O.R.Stein and P.Y.julien, 1994 " Sediment Concentration below Free Overfall“, Journal of Hydraulic Engineering, Vol.20, No.9, September 1994, PP .1043-1059
30-Laursen E.M. 1952 " Observation on the nature of scour " Proc, 5th Hydr.conf .studios in
Engineering, Bull, 34, University of Iowa, Iowa, city, Iowa, 179-197
Lim .S.Y “Local Scour Caused by Submerged jets” PhD Thesis Liverpool univ (1986)
Nikhassan N.M.K.B “Erosion at alluvial bed down Stream of a Sluice gate” PhD Thesis University of Momeheyter 1985.
33-Breusers H.N.C and Raudkivi A.J “ Scouring hydraulic structures design manual” volume 2, Balkema, Rotterdam, (1991)
Abt.S.R , Ruff J.F ,Doehring .F.K., and Domnnell .C.A , “ Influence Of Culvert Shape on outlet scour “ Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.113, No.3 PP 393-400, 1987
Donnell, C.A, Abt, S.R, “Culvert Shape Effect of Localized Scour “Hydr.Engineering publication, Colorado state univ .CER82-83CAD-SRA42, 1983
Chen,Y.H., " Scour at outlets of box culvert " M.S. Thesis , Colorado state university , Fort colins , colo 1970
Pagliara .S, HagerW.H. , Hans -Ervin Miner, 2006 "Hydraulic of plane plunge pool scour " Journal of Hydraulic Engineering, Vol.132, No.5 May 2006
Amanian, 1993," Scouring below fillip bucket spillway “PhD. Dissertation Utah. Stat university
Meilan, Q.i, Fujisak,K. and Tanaka ,k. " Sediment re-suspension by turbulent jet in an intake pand " Journal of Hydraulic Research ,Vol.38, No.5 ,PP 323-330,2000
Abida, H.,Townsend ,R.D." Local scour downstream of box-culvert outlets “Journal of
Irrigation and Drainage Engineering Vol.117, No.3, PP 425-440, 1991
Ghodsian and Melvill and Coleman "Scour Caused by Rectangular Impinging Jet in Cohesive less Beds” Proceeding Third International Conference On Scour and Erosion .Amsterdam The Netherlands, November 1-3, 2006
Beltaos S. and Rajaratnam N. “Plane Turbulent Impinging Jets" Journal of Hydraulic Research, Vol.11, No.1, PP 29-59-1973
-34 Kobus and Westrich " Flow Field and Scouring Effects of Steady and Pulsating Jets Impinging on Movable Bed “Journal of Hydraulic Research ,Vol.34 , No.5 ,PP 175-192,1979
44-Rajaratnam,N. " Erosion by Plane Turbulent Jets " Journal of Hydraulic Research ,Vol.19, No.4
,PP 339-358,1981
Blasidell F.W. and Anderson C.L “A Comprehensive Generalized Study of Scour at
Cantilevered Pipe Outlets " Journal of Hydraulic Research ,Vol.26 , No.5 , PP 509-524,1988
Doehring.F., and Abt, S.R." Drop Height in Flounce an Outlet Scour "Journal of Hydraulic
Engineering, Vol.120, No.12, and PP 1470-1476, 1994
Aderibigbe O.O, and Rajaratnam .N. "Erosion of Lose Beds By Submerged Circular Impinging
Vertical Turbulent Jets” Journal of Hydraulic Research, Vol.34, No.1, PP 19-33, 1996
Ojha, C.S.P "Outlet Scour Modeling For Drop Height Influence “ Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.125 , No.1 , PP 83-85,1999
Ghodsian, M “Scour Hole Geometry Downstream Of Culvert " 13th APD-IAHR Conference Singapore August 2002
Abt S.R, Kloberdanz R.L. and Mendoze C. “Unified Culvert Scour Determination " Journal of
Hydraulic Engineering ,Vol.110, No.10 PP 1363-1367 ,1984
51-Weilin Xu, and Jun Denge, and Jing Xue Qu, and Shanjun Liu, and Wei Wang,
2004,"Experimental Investigation on Influence of Aeration on Plane Jet Scour” Journal of
Hydraulic Engineering, Vol.130, No.2, February 2004
Johnson .G. (1976), “The Effect of Entertained Air on the Scouring Capacity of Water “Proc. 12th IAHR Congress Fort Collins, colo.3 (c26), 1-9
Ervin, D.A., 1976, "The Entrainment of Air in Water “International Water Power and Dam Construction, PP 27-30, December
Mason, P.J. 1989 " Effect of Air Entrainment on Plunge Pool "Journal of Hydraulic Engineering, Vol.115, No.3 PP 385-399
Stefano Canepa and Willi H.Hager, 2003, “Effect of Jet Air Content on Plunge Pool Scour”
Journal of Hydraulic Engineering, Vol.129, and No.5 May 2003
56-Erik Bollaert, Anton Schleiss, 2003,” Scour of Rock Due To The Impact of Plunging High
Velocity Jets Part I: A state –of-Art Review “ , Journal of Hydraulic Engineering ,Vol.41, No.5 PP 451-464
57-Flow Science, Inc “Flow-3D User Manual” Copyright 2006
James Brethour,”Modeling Sediment Scour”, Flow Science, Inc, FSI-03-TN62, www.flow3d.com
G.F.Yao “Development of New Pressure-Velocity Solvers in FLOW-3D” Flow Science, Inc, FSI-04-TN68, www.flow3d.com
C.W. Hirt, “Modeling Turbulent Entrainment of Air at a Free Surface” Flow Science, Inc, FSI03-TN61, www.flow3d.com