پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته تاسیسات آبیاری (M.Sc)
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 مقایسه 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 دهه قبل مسائل (CFD) به صورت آکادمیک مطرح بوده ولی در دهه 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 نحوه رفتار جریان بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از برنامه Fluent و تحت سطوح بالا برنده 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 5/0=Hd/H بر روی تاج سرریز فشار منفی تشکیل نمی‌گردد و برای 1=Hd/H و 33/1=Hd/H بر روی تاج سرریز سد انحرافی گرمسار فشا منفی تشکیل می‌گردد.
مقدمه
درمسائل مهندسی امروزی شناخت رفتار یا عکس العمل یک پدیده نقش بسزائی دربررسی نتایج بدست آمده و طراحی دقیق مسائل مهندسی دارد، بطوریکه یک پژوهشگر یا محقق با شناخت چگونگی رفتار یک پدیده دربرخورد با مسائل مختلف می تواند وضعیت فیزیکی پدیده را درقبال مسائل مختلف مهندسی بهبود بخشد.
به عنوان مثال درطراحی بدنه خودرو اگر یک محقق عکس العمل یا رفتار هوا نسبت به خودرو را درسرعت های بالا درنظر نگیرد باعث مشکلات عدیده ای خواهد شد بطوریکه دراین حالت ضریب بازدارندگی افزایش و درنتیجه نیروی بازدارندگی نیز افزایش می یابد و اتومبیل برای رسیدن به یک سرعت مناسب بایستی نیروی بیشتری راتولید کند که در نتیجه باعث افزایش مصرف سوخت و سایر مشکلات خواهدشد. اما امروزه کارشناسان با شناخت رفتار و عکس العمل هوا نسبت به بدنه خودرو به این نتیجه رسیده اند که بایستی بدنه خودروها حالت آیرودینامیکی داشته باشد تا با مشکلات ذکر شده مواجه نشوند.
لذا شناخت پدیده و عکس العمل آن نسبت به مسائل مختلف در امور مهندسی امروزی مانند هوا و فضا، هیدرولیک، سیالات و … از اهمیت قابل توجهی برخودار است. دربرخورد مهندسان با مسائل و موضوعات هیدرولیکی مشخص بودن چگونگی رفتار سیال کمک بسیار زیادی را در طراحی هرچه دقیق تر پروژه ها می‌نماید. حل برخی از مسائل هیدرولیکی با روشهای حل تحلیلی امکان پذیر می باشد اما ممکن است دربرخی از موضوعات، حل تحلیلی کمک قابل توجهی را به یک محقق ننماید لذا بایستی ازحل عددی برای بررسی چگونگی رفتار سیال استفاده کرد. یکی از مسائل مهمی که کارشناسان هیدرولیک بایستی با آن آشنا باشند نحوه رفتار جریان برروی سرریزهای سازه های آبی می باشد. یکی از راه های شناخت رفتار جریان برروی سرریز استفاده از مدلهای فیزیکی می باشد.
نتایج مدلهای فیزیکی درصورتیکه شرایط مدل به خوبی ایجاد گردد قابل قبول می‌باشد. اما یکی از مشکلات مدلهای فیزیکی درپروژه های مهندسی مدت زمانی است که طول می کشد تا نتایج مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد به طوریکه ممکن است ماهها و یا دربرخی از موضوعات هیدرولیکی مانند بررسی میزان کاوتیاسیون سالها طول بکشد ویا اینکه یک محقق برای بررسی مدل فیزیکی گزینه های مختلف با محدودیت زمانی مواجه باشد. ساخت مدل فیزیکی و تجزیه و تحلیل نتایج آن هزینه قابل توجهی را درپی دارد لذا دربحث هزینه وزمان ممکن است که یک محقق امکان استفاده از مدلهای مختلف فیزیکی را برای بررسی دقیق تر نتایج نداشته باشد. دربرخی از پدیده ها و موضوعات مهندسی امکان استفاده از مدل فیزیکی نمی باشد به عنوان مثال مدلسازی محیطی با درجه حرارت 4000 درجه به بالا ممکن است بسیار سخت و یا امکان پذیر نباشد. لذا استفاده از حل عددی مسائل کمک شایانی را به یک محقق می نماید تا به بررسی موضوع بپردازد. به طوریکه می توان با کمترین هزینه ودرکمترین زمان گزینه های مختلفی را بررسی کرد.
همانطور که اشاره شد شناخت نحوه رفتار جریان برروی سرریزسازه های آبی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. معمولاً درطراحی سدهای انحرافی ازسرریز نوع اوجی استفاده می شود.
بررسی رفتار جریان برروی تاج سرریز برای دبی های بیشتر از دبی طراحی از اهمیت بسزایی درطراحی تاج سرریز برخودار است به طوریکه اگر فشار ایجاد شده برروی تاج سرریزهای اوجی کمتر از فشار اتمسفر گردد، فشار منفی برروی سرریز که برای دبی های بیشتر از دبی طراحی اتفاق می افتد باعث پدیده کاوتیاسیون می گردد بطوریکه این پدیده خسارات جبران ناپذیری را برای بسیاری از سازه های آبی به بار آورده است. ازجمله سازه های آبی که با این پدیده روبرو هستند می توان به سرریز سد شهید عباسپور اشاره کرد که برای دبی های بیشتر از دبی طراحی، مشکلاتی برای سرریز این سد ایجاد شده است. همچنین می توان به سد انحرافی گرمسار اشاره کرد که تاج سرریز آن دچار خوردگی و کاویتاسیون گردیده است. لذا در این پایان نامه نحوه رفتار جریان برروی تاج سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از نرم افزار fluent مورد بررسی قرارگرفته است. از آنجائیکه برای مهار آبهای سطحی و سیلاب ها از سدهای انحرافی با سرریز اوجی استفاده می گرد لذا ضروریت انجام این تحقیق آن است علل فرسایش و کاویتاسیون برروی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار مشخص گردد و هدف این تحقیق آن است با توجه به دقت نتایج بدست آمده براساس مدل عددی CFD)) برروی سرریز اوجی و با استفاده از نرم افزار Fluent بتوان با اطمینان خاطر بیشتری ازمدلهای (CFD) استفاده کرد.
فهرست
چکیده: 1
فصل اول/کلیات… 2
مقدمه. 3
CFD چیست؟. 6
نقش CFD در دنیای فناوری مدرن امروزی.. 7
اهمیت انتقال حرارت و جریان سیال. 10
متدهای پیشگویی.. 10
امتیازات یک محاسبه تئوری.. 11
هزینه کم. 11
اطلاعات کامل.. 12
توانایی شبیه سازی شرایط واقعی.. 12
توانایی شبیه‌سازی شرایط ایده‌آل. 12
نارساییهای محاسبه تئوری.. 13
انتخاب متد پیشگوی.. 13
یک برنامه CFD چگونه کار می‌کند؟. 14
توضیح سازگاری و پایداری.. 15
فصل دوم/تاریخچه. 17
تاریخچه. 18
فصل سوم/مفاهیم اساسی پایان‌نامه. 24
3-1- مقدمه. 25
3-2- انتخاب دبی طرح برای سرریز. 25
3-3- 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. 32
3-4-5- طراحی بدنه سرریز WES.. 33
3-4-6- طراحی بدنه سرریز کوتاه بدون دریچه WES در تنداب‌ها 35
3-5- کنترل‌کاویتاسیون در سرریزهای بلند. 36
فصل چهارم/آشنایی با برنامه luent 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 6 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… 43
4-2-1- چگونگی شبیه‌سازی جریان به روش CFD.. 44
4-2-2- راه اندازی نرم‌افزار فلوئنت… 46
راه‌اندازی نرم‌افزار فلوئنت در سیستم عامل UNIX.. 47
راه‌اندازی نرم‌افزار فلوئنت در سیستم عامل WINDOWS.. 47
4-3- روشهای حل معادلات… 50
4-3-1 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.. 55
4-5-1- مدل حجم سیال(VOF) 56
4-5-1-1- تئوری مدل VOF.. 57
میانیابی در مرز تقابل بین فازها 58
– روش تجدید ساختار هندسی.. 59
– روش Donor-Acceptor 60
– روش صریح اولر. 60
– روش ضمنی.. 61
– کشش سطح.. 62
– چسبندگی دیواره 63
4-5-2- چگونگی استفاده از مدل VOF.. 64
– فعال سازی مدل VOF.. 65
– تعریف فازها 66
– فعال سازی کشش سطحی و چسبندگی دیواره 66
– انتخاب فرمولاسیون VOF.. 66
– چند مثال نمونه. 68
تنظیم پارامترهای شبیه‌سازی جریان ناپایا برای مدل VOF.. 68
وارد کردن نیروی وزن در محاسبات VOF.. 69
تعیین شرائط مرزی.. 70
– تعیین شرائط اولیه کسرهای حجمی.. 71
– استراتژیهای حل.. 71
پس پردازش مدل VOF.. 73
4-5-2- مدل کاویتاسیون. 73
4-5-2-1- تئوری مدل کاویتاسیون. 74
– معادله کسر حجمی.. 74
– محاسبه انتقال جرم بین فازها 75
4-5-2-2- چگونگی استفاده از مدل کاویتاسیون. 76
– فعال کردن مدل کاویتاسیون. 76
– تعریف فازها 77
– تنظیم پارامترهای مدلسازی کاویتاسیون. 77
– تأثیر نیروی وزن در محاسبات کاویتاسیون. 78
– تعیین شرائط مرزی.. 78
– استراتژی حل.. 78
4-5-3- مدل اختلاط خطای جبری (ASM) 78
4-5-3-1- تئوری مدل اختلاط خطای جبری (ASM) 79
– معادله کسر حجمی فاز ثانویه. 81
4-5-3-2- چگونگی استفاده از مدل ASM… 82
– فعال کردن مدل ASM… 82
– تنظیم پارامترهای مدل ASM… 83
– تعیین شرائط مرزی.. 83
– تعیین شرائط اولیه کسرهای حجمی.. 84
– استراتژی حل.. 84
فصل پنجم/سد انحرافی گرمسار. Error! Bookmark not defined.
5-1- سد انحرافی گرمسار: 85
مقدمه: 85
5-2- مشخصات جغرافیای و عمومی سد انحراف گرمسار. 86
فصل ششم/نتایج آنالیز جریان بر روی سرریز سد انحرافی گرمسار. 92
6-3 مراحل آنالیز جریان بر روی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار با استفاده از برنامه Fluent 93
6-3-1- تعریف کردن هدفهای شبیه‌سازی.. 93
6-3-2- انتخاب مدل محاسباتی.. 93
6-3-3- انتخاب مدل فیزیکی.. 93
6-3-4- مراحل انجام پروژه تحقیقات: 94
6-3-4-1 تولید شکل : 94
6-3-4-2- شبکه بندی در نرم‌افزارهای پیش‌پردازنده: 94
6-3-4-3- انواع شبکه بندی.. 96
6-3-4-4- شبکه‌بندی سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار: 97
6-3-4-5- بررسی شبکه‌بندی مدل سرریز اوجی انحرافی گرمسار. 98
6-3-5- تعیین شرایط مرزی برای شبکه‌بندی مدل سرریز اوجی سد انحرافی گرمسار. 102
6-3-6- انتخاب شیوه محاسباتی و فرمول بندی حل مدل سرریز اوجی سد گرمسار در برنامه Fluent 104
6-3-7- تعیین خواص سیال. 104
فصل هفتم/بحث و نتیجه‌گیری.. 110
نتیجه‌گیری و پیشنهادات : 111
پیشنهادات: 112
مراجع و منابع. 113
این فایل ورد در 124 صفحه به خدمتتون ارئه میشود.