انتخاب صفحه

مقدمه

در بسیاری از رشته های مهندسی که با سیال و خواص ان ارتباط دارند بررسی رفتار دینامیکی آن سیال اهمیت می یابد.از جمله این رشته ها هیدرولیک می باشد که عمدتاً با جریان دو سیال آب و هوا در ارتباط است. در این میان عوامل طبیعی و غیر طبیعی متعددی می توان تد در نوع خصوصیات جریان نقش اساسی داشته باشتد. مطالعات تجربی و آزمایشگاهی برای بررسی چنین جریان هایی از دیرباز مورد توجه بوده اند. در تحقیقات آزمایشگاهی » مشخصات جریان برروی مدل مورد نظر بررسی می گردد و از آنالیزابعادی نیز جهت ارائه نتایج به صورت روابط فیزیکی استغاده می گردد.استفاده از مدل های آزمایشگاهی گاه نیاز به زمان و هزینه زیاد دارد. روش دیگر جهت بررسی جریان استقاده از دینامیک سیالات محاسباتی می باشد که اساس آن را روش های عددی تشکیل می دهند. همچنین سرریز بسیاری از سدهای متوسط و بزرگ دنیا با سرعتهای جریان بیش از ۱۰ متر در ثانیه تا ۴۵ متر در ثانیه سروکار دارند.هنگامی که سرعت جریان نزدیک به ۱۰ تا ۱۵ متر در ثانیه برسد، پدیده کاوی تاسیون محتمل می گردد. یک برجستگی کوچک در درز ساختمان یا ناهمواری در سطح بتن ممکن است باعت ایجاد کاوی تاسیون شود و سبب خرابی در سطح پایین دست آن گردد. لذا برای جلوگیری از کاوی تاسیون مشخصات ساختمانی خوبی برای کقب بتتی لازم است . چتانچه سرعت جریان از ۲۰ تا ۳۰ متر در ثانیه تجاوز کند احتمال کاوی تاسیون بیشتر می شود بتابراین عملیات حقاظتی بیشتری را برای بتن می طلبد . موثرترین روش برای از بین بردن یا کاهش اثرات کاوی تاسیون در تخریب بتن ، استغاده از تهویه می باشد.

فهرست مطالب

چکیده    1

مقدمه 2

فصل اول:کلیات

1-1-هدف

در تحلیلی و طراحی سازه های هیدرولیکی اطمینان و بازدهی بیشتر متوط به استغاده از روشهای با کارایی بالاتر و تامل عمیق تر بر رفتار جریان می باشد. با حل معادلات حاکم بر جریان بر اساس روش های عددی امکان تعیین پارامترهای جریان در محدوده وسیعی فراهم می گردد.این معادلات را در حالت کلی معادلات ناویر-استوکسی تشکیل می دهند. حل معادلات جریان غیر لزج و غیر چرخشی برروی سرریز از دیرباز مورد توجه بوده اند. حل عددی این معادلات به دلیل ماهیت غیر خطی بودن دارای پیچیدگی های خاصی خود بوده و همواره حل معادلات حاکم را با مشکلاتی مواجه ساخته است. در چند سال گذشته حل این معادلات به دلیل نیاز به حافظه کامپیوتری زیاد امکان پذیر نبود. خوشبختانه امروزه امکان حل ایتن معادلات برای بسیاری از حالت ها قراهیم شده است. در این راستا وجود نرم اقزارهای تخصصی که برای جریان های مورد نظر طراحی شده باشند، می توانند علاوه بر کاهش هزینه های آزمایشگاهی تا حدود زیادی در زمان صرفه جویی کند

1-1-هدف 5

1-2-پیشینه تحقیق 5

1-3-روش کار وتحقیق 12

پله در پایین دست یک فواره

پله در پایین دست یک فواره

فصل دوم:بررسی پدیده کاویتاسیون

۲ – ۵ خرابی کاویتاسیون

 هنگامی که کاوی تاسیون به علت نامنظمی سطح بوجود می آید خرایی ناشی از کاوی تاسیون در پائین دست دسته حبابهای در حال انفجار بوجود می آید. بعد از مدتی از شروع کاوپتاسیون یک حقره طولی روی سطح بتن بوجود می آید. با گذشت زمان حقره بوسیلهٔ ضرباتی که توسط حبابهای کوچک بر انتهای آن وارد می شود بزرگتر می گردد. بدین ترتیب که از اختلاف فشار (که قبلاً ذکر شده بود)، دراطراف سنگدانه های بتن و شکافهایی که در زمان عمل آوری بتن دراثر تغییرات دما حاصل شده اند باعت جداشدگی سنگدانه ها و مواد سیمانی و انتقال آنها بوسیلهٔ جریان می شود. این فرآیند را می توان فرسایش نامید که البته مستقیماً به ازبین رفتن مواد توسط کاوی تاسیون اطلاق نمی شود، بلکه به مراحل ساییدگی، حل شدن و انتقال ذرات بتن گفته می شود. با ادامه یافتن این فرسایشی آرماتورها بیرون می آیند. تکان خوردن این میله ها در اثر جریان باعت وارد شدن صدمه (در اثر برخورد آنها با کف) به کف می شود. این از بین رفتن پوشش می تواند تا رسیدن به پی ادامه یابد.

2-1-کاویتاسیون 14

2-2-اندیکس کاویتاسیون 15

2-3-شکل گیری کاویتاسیون 18

2-4-نقش سطوح مختلف درکاویتاسیون 19

2-4-1-ناهمواری های منفرد 20

2-5-خرابی کاویتاسیون 24

2-6-فاکتورهای موثردرخرابی کاویتاسیون روی یک سطح 24

2-6-1-علت کاویتاسیون 25

2-6-2-محل خرابی  26

2-6-3-شدت کاویتاسیون 27

2-6-4-اثرسرعت 27

2-6-5-میزان مقاومت سطح دربرابر خراب 28

2-6-6-تاثیرزمان 28

2-7-روشهای جلوگیری ازکاویتاسیون 30

2-7-1-کنترل اندیکس کاویتاسیون باهندسه 30

2-7-2-کاهش اندیکس بحرانی کاویتاسیون 31

2-7-3-استفاده از مصالح مقاوم 31

2-7-4-هوادهی 37

2-7-4-1-طراحی هواده 38

2-7-4-2-محل هواده 38

2-7-4-3-طراحی سکوی شیبدار 39

2-7-4-4-طراحی مجرای هوا 41

2-7-4-5-طراحی پله 44

حوضچه زیرفواره آزاد

حوضچه زیرفواره آزاد

فصل سوم:طراحی سرریز اوجی

۱-۳ مقدمه

برای عبور آبهای اضافی ناشی از سیلابها از سراب به پایاب سدها از سازه ای به نام سرریز استقاده می شود. سرریز یکی از سازه های مهم هر سد را تشکیل می دهد . با توجه به حساسی بودن کاری که انجام می دهد، سرریز باید سازه ای قوی ، مطمئن و باراندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهره برداری آمادگی داشته باشد. تاکید بسیار بر اهمیت یک سرریز مطمتن بی دلیل نیست. شکست سدهای بسیاری حاصل طراحی نادرست سرریز و یا مجهز بودن به سرریزی گزارشی شده که دارای ظرفیت کافی نبوده است. در سدهای خاکی و سنگریزه ای که امکان انهدام سد در نتیجه گذر آب از روی تاج آن بسیار زیاد است، داشتن سرریز با ظرفیت بالا بسیار اهمیت دارد. حال آنکه سدهای بتنی قادر به تحمل نسبی عبور آب از روی تاج سد هستند. سرریز می تواند مستقل از بدنه سد و با مانند قسمت سرریز شونده سدههای یتی ، جزئی از کلی بدنه سد باشد. در بعضی موارد می توان سرریز را با تاسیسات انحراف آب هماهنگ کرد و از این طریق در هزیته ها صرفه جوئی نمود.

3-1-مقدمه  57

3-1-1-سازه کنترل 47

3-1-2-سازه تخلیه 48

3-1-3-سازه پایانه ای 49

3-1-4-آبراهه ورودی وخروجی 50

3-2-انواع سرریزها 51

3-2-1-سرریزهای ریزشی 51

3-2-2-سرریز شوت 52

3-2-3-سرریزهای تونلی 53

3-3-انتخاب دبی طرح 53

3-4-هیدرولیک سازه کنترل-سرریز اوجی 54

3-4-1-شکل تاج اوجی بدون کنترل 54

3-4-2-دبی جریان ازروی یک سرریز اوجی 59

3-4-2-1-اثرعمق جریان تقریب به سرریز 59

3-4-2-2-اثرکاهش یاافزایش ارتفاع روی تاج ازارتفاع طرح 60

3-4-2-3-اثرشیب وجه بالادست 61

3-4-2-4-اثررقوم کف پائین دست 62

3-4-2-5-اثراستغراق پائین دست 63

3-4-3-طول تاج سرریز 64

3-4-3-1-طول موثر سرریز 64

نمایش پنجره Mesh Faces

نمایش پنجره Mesh Faces

فصل چهارم:کاربرد روشهای عدید درمکانیک سیالات

۴- ۲-۲ روش های طیفی

روش های طیغی (Spectral methods) از جمله پردقت ترین شیوه های عددی برای حل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی می باشد.infinitely ( روش های طیفی فوریه روش های طیفی فوریه برای حل فوق العاده دقیق aCCulliate) معادلات دیقرانسیل پاره ای تحت دامته های تاوبی در بعد مکان مورد استقاده قرار می گیرد. این روشها با تبدیل و انتقال سریع مقادیر (گسسته) توابع از قضای فیزیکی مسئله داده شده به فضای فوریه، انجام آسان و سریع پردازش های مورد نیاز در آن جا، و سپس، تبدیل سریع و معکوس فوریه به فضای فیزیکی اجرام می گردد. روش های طیفی چبیشف : روش های طیفی چبیشق برای حل فوق العاده دقیق معادلات دیقرانسیل پاره ای تحت دامته های غیر تناوبی مورد استغاده قرار می گیرد.

4-1-دینامیک سیالات محاسباتی 67

4-2-روشهای عددی مورد استفاده در سی اف دی 70

4-2-1-روش اجزا محدود  70

4-2-2-روش طیفی محدود 72

4-2-3-روشهای اختلاف محدود 73

4-2-4-روش حجم محدود 73

4-3-نرم افزار FLUENTا 75

4-4-معادلات کلی حاکم برجریان سیال 78

نمایش پنجره Smooth-Swap Grid

نمایش پنجره Smooth-Swap Grid

فصل پنجم:ساخت مدل توسط GAMBIT & FLUENT

۵ – ۱ ساخت مدل هندسی سازه

برای بوجود آوردن قرآیند حل احتیاج به تولید کتتده هندسه و شبکه داریم. می توان از نرم افزار پیشی پردازنده GAMBIT یا یکی از نرم افزارهای گروه CAD/CAE برای تولید هندسه و شبکه استفاده کرد. بسته نرم افزار GAMBIT برای کمک کردن به طراحان در تولید هندسه و به صورت اختصاصی تولید مشها و شبکه در کاربردهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) طراحی شده است. در واقع بسته نرم افزاری GAMBIT) یک پیش پردازنده برای نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی نظیر ENTFL است که خروجیهای این برنامه پیش پردازنده به شکل قایلهای ورودی برای نرم افزار JENTFL می باشتد.

5-1-ساخت مدل هندسی سازه 83

5-1-1-ساختار برنامه 83

5-1-2-مراحل ساخت مدل هندسی 84

5-2-ساخت مدل در FLUENTا 92

نمایش شماتیکی مراحل خوردگی حبابی

نمایش شماتیکی مراحل خوردگی حبابی

فصل ششم:مدل عددی سرریز سد سیمره

6-1-سد سیمره 115

فصل هفتم:مدل عددی سر ریز سد شهید عباسپور 

7-1-سد شهید عباسپور 123

فصل هشتم:نتیجه گیری وپیشنهادات

نتیجه گیری :

با توجه به نتایج بدست امده از مدل می توان نتیجه گرفت که نرم افزار ENTلآFL توانایی بالایی در مدل سازی جریان از روی سرریز اوجی دارد و به وسیله این نرم افزار می توان پارامترهای مربوط به جریان را در حد مطلوبی بدست آورد. نتایج تحلیل عددی جریان بر روی سرریز اوجی استاندارد انطباق خوبی با نتایج حاصل از مدل آزمایشگاهی داشت. که با آنالیزاین مدل برای سریز سد شهید عباسپور به این نتیجه رسیدیم که از ایستگاه ۱۴۰ به بعد شاخصی خوردگی جریان کمتر از میزان بحرانی آن که ۲-۰ می باشد ۰ شده است و از این ایستگاه به بعد کاوی تاسیون برای سرریز خطرناک می تواند باشد.لذا برای این امر از این ایستگاه به بعد باید تمهیداتی اندیشیده شود از جمله هوادهی به جریان از این ایستگاه به بعد .

نتیجه گیری 133

پیشنهادات 133

منابع وماخذ 135

فهرست منابع فارسی 135

فهرست منابع لاتین 136

چکیده انگلیسی 138

فهرست جداول

3-1-ضریب فشردگی پایه ها 64

3-2-ضریب فشردگی تکیه گاه ها 64

6-3-مقایسه نتایج حاصل از مدل FLUENT ومدل آزمایشگاهی 119

6-4-مقایسه نتایج حاصل از مدل FLUENT ومدل آزمایشگاهی 120

7-5-موقعیت ایستگاه های اندازه گیری برروی سرریز 125

7-6-مقادیر بدست آمده حاصل از مدل آزمایشگاهی 126

7-7-مقادیر بدست آمده حاصل از مدل عددی 128

فهرست نمودارها

7-1-مقادیر آزمایشگاهی شاخص خوردگی جریان درسد شهید عباسپور 127

7-2-مقادیر شاخص خوردگی جریان در سدشهید عباسپور حاصل از نتایج عددی 129

7-3-مقایسه مقادیر شاخص خوردگی جریان درسرریز سد شهید عباسپور    130

فهرست شکلها

1-1-پروفیل سطح آب بدست آمده توسط لی وچن 7

1-2-توزیع فشار بدست آمده توسط لی وچن 8

1-3-الف)دونوع پروفیل استفاده شده درکارهای برجیسر وراتچمن ب)شکل اولیه سطح آب ج)شبکه بندی باافزایش توزیع گره روی منحنی تاج 9

1-4- مقایسه مقادیر فشاربه دست آمده توسط سوییچ وجانسون برای 11

2-5-توسعه کاویتاسیون برای جریان روی پله ناگهانی 18

2-6-انواع ناهمواری های منفرد درسازه های هیدرولیکی  20

2-7-منطقه خوردگی برای جریان روی برجستگی ها  21

2-8-منطقه خوردگی برای فرورفتگی های ناگهانی 22

2-9-منطقه خوردگی برای فرورفتگی شیبدار 22

2-10-منطقه خوردگی برای برجستگی گردگوشه 23

2-11-منطقه خوردگی برای بالا آمدگی شیبدار 23

2-12-روند خرابی ناشی از کاویتاسیون 29

2-13-نمایش شماتیکی مراحل خوردگی حبابی 33

2-14-انواع هواده ها 37

2-15-حوضچه زیرفواره آزاد  40

2-16-انواع مجاری هوا 42

2-17-پله در پایین دست یک فواره 45

3-18-شکل تاج سرریز اوجی 55

3-19-عوامل تعریف کننده شکل سرریز اوجی 57

3-20-فاکتورهای مختلف شکل سرریز اوجی 58

3-21-ضریب تخلیه برای سرریز اوجی باوجه قائم 60

3-22-ضریب تخلیه برای سرریز اوجی درارتفاع های غیر از ارتفاع طراحی 61

3-23-ضریب تخلیه برای سرریز اوجی باوجه شیبدار دربالادست 62

3-24-اثرکفی بندی پائین دست برروی ضریب تخلیه 63

3-25-اثرعمق پایاب برروی ضریب تخلیه 63

5-26-نمایش پنجره Create Straight Edgeا 84

5-27- نمایش پنجره create real circular arcا 85

5-28-نمایش پنجره Create Face From Wire Frameا 86

5-29-نمایش پنجره Mesh Edgesا  86

5-30-نمایش جزئی از پنجره Mesh Edgesا 88

5-31-نمایش پنجره Mesh Facesا 89

5-32-نمایش پنجره Specify Boundary Typesا 90

5-33-نمایش پنجره Export Mesh Filesا 91

5-34-نمایش پنجره FLUENT Versionا   92

5-35-شبکه قبل از تطبیق مرزی 93

5-36-شبه بعداز تطبیق مرزی 94

5-37-نمایش پنجره Smooth/Swap Girdا 95

5-38-نمایش پنجره Scale Gridا 96

5-39-نگاهی به روش حل تفکیکی 97

5-40-نگاهی به روش حل پیوسته 97

5-41-نمایش پنجره solverا 98

5-42-نمایش پنجره Multiphase Modelا 99

5-43-سطح مشترک واقعی 100

5-44-سطح مشترک بدست آمد با طرح   100

5-45-سطح مشترک به دست آمده با طرح  101

5-46-اندازه گیری سرعت دریک نقطه 102

5-47-نمایش پنجره Multiphase Modelا   103

5-48- نمایش پنجره Model Viscousا 104

5-49- نمایش پنجره Model Viscousا 105

5-50- نمایش پنجره Materialsا 106

5-51- نمایش پنجره Fluent Database Materialsا    107

5-52-نمایش صفحه phasesا   108

5-53-نمایش پنجره Conditions Operatingا 109

5-54- نمایش پنجره Conditions Operatingا 109

5-55- نمایش پنجره Conditions Boundaryا 110

5-56- نمایش پنجرهIntel Velocityا 110

5-57- نمایش پنجره Region Adaptionا 111

5-58-نمایش صفحه Solution Initializationا 112

5-59-نمایش صفحه Iterateا 113

6-60-موقعیت ایستگاه های اندازه گیری برروی سرریز 115

6-61-مقاطع اندازه گیری برروی سرریز 116

6-62-نمودار عمق آب درایستگاه اول 116

6-63-نمودار عمق آب درایستگاه آخر 117

6-64-پروفیل سطح آب 117

6-65-نمودار فشار در ایستگاه اول 118

6-66-نمودار فشار درایستگاه اول 118

6-67-توزیع شار روی سرریز 119

6-68-مقایسه نموداری حاصل از مدل FLUENT ومدل آزمایشگاهی 120

6-69-مقایسه نموداری حاصل ازمدل FLUENT ومدل آزمایشگاهی 120

7-70-سد شهید عباسپور 122

7-71-سرریز سد شهید عباسپور 125

7-72-توزیع فشار برروی سرریز 131

7-73-توزیع سرعت برروی سرریز 131


Abstract

Early dam structures were designed and built with limited hydrological information. As such many existing spillway structures are under-sized to cope with the revised probable maximum flood levels.Potential problems such as the generation of lifting pressure and cavitation over spillway crest under flood condition will be encountered. Historically, scaled physical models have been constructed in hydraulic laboratories to study these behaviours, but they are expensive, time-consuming and there are many difficulties associated with scaling effects. Today, with the advance in computer technology and more efficient computational fluid dynamics (CFD) codes, the behaviour of hydraulic structures can be investigated numerically in reasonable time and expense. In this thesis we describes the CFD modelling of spillway behaviour under rising flood levels and we use FLUENT software for analysis. The results have been validated against published data and good agreement was obtained.


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

خرید فایل pdf و سفارش فایل word

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید