چكيده:

هدف اين پايان‌نامه تحقيق در مورد راهكارهاي حل نيمه دقيق از يك طرف و شبيه سازي عددي در مورد رفتار جريان سيال بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار مي‌باشد.

همچنين مقايسة نتايج بدست آمده بر روي سرريز اوجي بر اساس CFD يكي ديگر از اهداف اين پايان‌نامه مي‌باشد تا درمطالعات و طرحهاي آتي با اطمينان خاطر بيشتر از مدلهاي (CFD) استفاده گردد.

ضرورت تحقيق اين پايان‌نامه گسترش استفاده از مدلهاي (CFD) در داخل كشور مي‌باشد بطوريكه مدلهاي CFD در چند سال اخير نقش بسزايي را در مسائل صنعتي و آكادميك ايفا كرده است. در دو دهة قبل مسائل (CFD) به صورت آكادميك مطرح بوده ولي در دهة اخير در كشورهاي پيشرفته رواج گستره‌اي در صنعت پيدا كرده است.

براي انتخاب بهترين طرح براي بسياري از سدها بايد با صرفه ترين و دقيق‌ترين روش را براي بررسي چگوني رفتار جريان بر روي  سرريز در صورت وقوع سيل را در نظر گرفت. تا مدتي قبل استفاده از مدل فيزيكي تنها روش بررسي بوده ولي هم اكنون استفاده از روش (CFD) رواج گسترده‌اي پيدا كرده است كه هزينه و زمان بررسي كردن را پايين آورده است.

در اين پايان‌نامه نحوة رفتار جريان بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار با استفاده از برنامه Fluent و تحت سطوح بالا برندة مورد بررسي قرار گرفته است.

براي شبكه‌بندي مدل تاج سرريز سدانحرافي گرمسار از نوع شبكه‌بندي چند بلوكي استفاده شده است مدل تاج سرريز نيز به چهار ناحيه تقسيم‌بندي شده است و در حل اين پروژه از مدل Vof استفاده شده است. طبق نتايج حاصل از تحقيقات به عمل آمد بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار براي 5/0=Hd/H بر روي تاج سرريز فشار منفي تشكيل نمي‌گردد و براي 1=Hd/H و 33/1=Hd/H بر روي تاج سرريز سد انحرافي گرمسار فشا منفي تشكيل مي‌گردد.

فهرست

چكيده: 1

فصل اول/كليات… 2

مقدمه. 3

CFD چيست؟. 6

نقش CFD در دنياي فناوري مدرن امروزي.. 7

اهميت انتقال حرارت و جريان سيال. 10

متدهاي پيشگويي.. 10

امتيازات يك محاسبه تئوري.. 11

هزينه كم. 11

اطلاعات كامل.. 12

توانايي شبيه سازي شرايط واقعي.. 12

توانايي شبيه‌سازي شرايط ايده‌آل. 12

نارساييهاي محاسبه تئوري.. 13

انتخاب متد پيشگوي.. 13

يك برنامه CFD چگونه كار مي‌كند؟. 14

توضيح سازگاري و پايداري.. 15

فصل دوم/تاريخچه. 17

تاريخچه. 18

فصل سوم/مفاهيم اساسي پايان‌نامه. 24

3-1- مقدمه. 25

3-2- انتخاب دبي طرح براي سرريز. 25

3-3- شكل‌گيري سرريز از نوع پيوند (Ogee) 26

3-4- سرريز WES.. 28

3-4-1- طراحي هيدروليكي سرريز WES.. 29

3-4-1- اثر ارتفاع سرريز و ارتفاع آب در سراب بر ضريب C.. 29

3-4-2- اثر شيب بدنه در سراب بر ضريب C.. 29

3-4-3- اثر ارتفاع آب و رقوم كف در پاياب بر ضريب C.. 30

3-4-4- اثر پايه‌هاي پل و دماغه سواحل بر ضريب دبي جريان. 32

3-4-5- طراحي بدنه سرريز WES.. 33

3-4-6- طراحي بدنه سرريز كوتاه بدون دريچه WES در تنداب‌ها 35

3-5- كنترل‌كاويتاسيون در سرريزهاي بلند. 36

فصل چهارم/آشنايي با برنامه Fluent Error! Bookmark not defined.

(روشهاي حل عددي استفاده شده در مدل Fluent) Error! Bookmark not defined.

4-1 قابليتها و محدوديتهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-1- توانائيهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

قابلييتهاي مدلسازي فيزيكي.. Error! Bookmark not defined.

الف- آشفتگي.. Error! Bookmark not defined.

ب-احتراق/واكنشهاي شيميايي.. Error! Bookmark not defined.

ج- تابش… Error! Bookmark not defined.

د- جريانهاي چند فازي.. Error! Bookmark not defined.

ه- جريانهاي فاز گسسته. Error! Bookmark not defined.

و- گزينه‌هاي شرائط مرزي.. Error! Bookmark not defined.

ز- توابع تعريف شونده توسط كاربر. Error! Bookmark not defined.

ح- ساير توانمنديها Error! Bookmark not defined.

توانا ئيهاي جديد نسخه‌هاي سري 6 نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-2- محدوديتهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-2- نگاهي گذرا به چگونگي استفاده از نرم‌افزار فلوئنت… 43

4-2-1- چگونگي شبيه‌سازي جريان به روش CFD.. 44

4-2-2- راه‌ اندازي نرم‌افزار فلوئنت… 46

راه‌اندازي نرم‌افزار فلوئنت در سيستم عامل UNIX.. 47

راه‌اندازي نرم‌افزار فلوئنت در سيستم عامل WINDOWS.. 47

4-3- روشهاي حل معادلات… 50

4-3-1 گسسته‌سازي معادلات… Error! Bookmark not defined.

4-3-1-1 روش تفاضل پيشرو مرتبه اول. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-2- روش Power Law.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-3- روش پيشرو مرتبه دوم. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-4- روش QUICK.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-5- شكل خطي 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- گسسته‌سازي معادله ممنتم. Error! Bookmark not defined.

روشهاي ميانيابي فشار. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-2- گسسته‌سازي معادله پيوستگي.. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-3- گوپلينگ سرعت-فشار. Error! Bookmark not defined.

الگوريتم SIMPLE.. Error! Bookmark not defined.

روش SIMPLEC.. Error! Bookmark not defined.

روش PISO.. Error! Bookmark not defined.

تصحيح همسايه. Error! Bookmark not defined.

تصحيح تابيدگي.. Error! Bookmark not defined.

رفتار ويژه نيروهاي وزني قوي در جريانهاي چند فازي.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3- روش حل Coupled. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-1- فرم برداري معادلات حاكم. Error! Bookmark not defined.

پيش شرط.. Error! Bookmark not defined.

تجزيه تفاضل شار. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-2- گام زماني براي جريانهاي پايا Error! Bookmark not defined.

روش صريح.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-3- گسسته‌سازي موقتي براي جريانهاي ناپايا Error! Bookmark not defined.

گام زماني صريح.. Error! Bookmark not defined.

قدم زني دوگانه. Error! Bookmark not defined.

4-4 روش چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

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

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

انتقال اطلاعات… Error! Bookmark not defined.

چند شبكه‌اي بي‌سازمان. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-4- چرخه‌هاي چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-5- روش چند شبكه‌اي جبري (AMG) Error! Bookmark not defined.

4-4- مدلهاي تابشي و حرارتي.. Error! Bookmark not defined.

4-4-1- كاربردهاي انتقال حرارت تشعشعي.. Error! Bookmark not defined.

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

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

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

- تئوري و معادلات حاكم مدل DTRM… Error! Bookmark not defined.

مسيريابي پرتو. Error! Bookmark not defined.

دسته‌بندي.. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل DTRM در ديواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل DTRM در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-5- مدل تابشي P–1. Error! Bookmark not defined.

تئوري و معادلات مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

- پراكندگي غير همگن.. Error! Bookmark not defined.

- اثرات ذره در مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

- شرط مرزي مدلP-1 در ديواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل P-1 در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-6- مدل تابشي راسلند. Error! Bookmark not defined.

- تئوري و معادلات مدل راسلند. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي راسلند در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-7- مدل تابشي D O.. Error! Bookmark not defined.

- تئوري و معادلات مدل DO.. Error! Bookmark not defined.

4-5- جريانهاي چندفازي.. 55

4-5-1- مدل حجم سيال(VOF) 56

4-5-1-1- تئوري مدل VOF.. 57

ميانيابي در مرز تقابل بين فازها 58

- روش تجديد ساختار هندسي.. 59

- روش Donor-Acceptor. 60

- روش صريح اولر. 60

- روش ضمني.. 61

- كشش سطح.. 62

- چسبندگي ديواره 63

4-5-2- چگونگي استفاده از مدل VOF.. 64

- فعال سازي مدل VOF.. 65

- تعريف فازها 66

- فعال سازي كشش سطحي و چسبندگي ديواره 66

- انتخاب فرمولاسيون VOF.. 66

- چند مثال نمونه. 68

تنظيم پارامترهاي شبيه‌سازي جريان ناپايا براي مدل VOF.. 68

وارد كردن نيروي وزن در محاسبات VOF.. 69

تعيين شرائط مرزي.. 70

- تعيين شرائط اوليه كسرهاي حجمي.. 71

- استراتژيهاي حل.. 71

پس پردازش مدل VOF.. 73

4-5-2- مدل كاويتاسيون. 73

4-5-2-1- تئوري مدل كاويتاسيون. 74

- معادله كسر حجمي.. 74

- محاسبه انتقال جرم بين فازها 75

4-5-2-2- چگونگي استفاده از مدل كاويتاسيون. 76

- فعال‌ كردن مدل كاويتاسيون. 76

- تعريف فازها 77

- تنظيم پارامترهاي مدلسازي كاويتاسيون. 77

- تأثير نيروي وزن در محاسبات كاويتاسيون. 78

- تعيين شرائط مرزي.. 78

- استراتژي حل.. 78

4-5-3- مدل اختلاط خطاي جبري (ASM) 78

4-5-3-1- تئوري مدل اختلاط خطاي جبري (ASM) 79

- معادله كسر حجمي فاز ثانويه. 81

4-5-3-2- چگونگي استفاده از مدل ASM… 82

- فعال‌ كردن مدل ASM… 82

- تنظيم پارامترهاي مدل ASM… 83

- تعيين شرائط مرزي.. 83

- تعيين شرائط اوليه كسرهاي حجمي.. 84

- استراتژي حل.. 84

فصل پنجم/سد انحرافي گرمسار. Error! Bookmark not defined.

5-1- سد انحرافي گرمسار: 85

مقدمه: 85

5-2- مشخصات جغرافياي و عمومي سد انحراف گرمسار. 86

فصل ششم/نتايج آناليز جريان بر روي سرريز سد انحرافي گرمسار. 92

6-3 مراحل آناليز جريان بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار با استفاده از برنامه Fluent 93

6-3-1- تعريف كردن هدفهاي شبيه‌سازي.. 93

6-3-2- انتخاب مدل محاسباتي.. 93

6-3-3- انتخاب مدل فيزيكي.. 93

6-3-4- مراحل انجام پروژه تحقيقات: 94

6-3-4-1 توليد شكل : 94

6-3-4-2- شبكه بندي در نرم‌افزارهاي پيش‌پردازنده: 94

6-3-4-3- انواع شبكه‌ بندي.. 96

6-3-4-4- شبكه‌بندي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار: 97

6-3-4-5- بررسي شبكه‌بندي مدل سرريز اوجي انحرافي گرمسار. 98

6-3-5- تعيين شرايط مرزي براي شبكه‌بندي مدل سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار. 102

6-3-6- انتخاب شيوه محاسباتي و فرمول بندي حل مدل سرريز اوجي سد گرمسار در برنامه Fluent 104

6-3-7- تعيين خواص سيال. 104

فصل هفتم/بحث و نتيجه‌گيري.. 110

 نتيجه‌گيري و پيشنهادات : 111

پيشنهادات: 112

مراجع و منابع. 113

(((دانلود کنید)))