پایان نامه شبیه سازی عددی الگوی جریان و توزیع فشار آب در پرتاب کننده های جامی شکل ( FLIP BUCKETS )

فهرست و منابع پایان نامه شبیه سازی عددی الگوی جریان و توزیع فشار آب در پرتاب کننده های جامی شکل ( FLIP BUCKETS )

فهرست:

فهرست

فصل اول ..............................................................................................٤

کلیات تحقیق و ساختار پایان نامه ................................................................٤

 1-1               : کلیات.......................................................................................... ٥

١-٢ : ساختار پایان نامه .................................................................................. ٦

فصل دوم ..............................................................................................٨

مروری بر مطالعات انجام شده در ارتباط با موضوع تحقیق ...................................٨

١-٢: مقدمه : .............................................................................................. ٩

٢-٢: تاریخچه مطالعات .................................................................................. ٩

١-٢-٢: مطالعات آزمایشگاهی ....................................................................... ٩

٢-٢-٢: مطالعات تحلیلی ........................................................................... ١١

٣-٢-٢: تحقیقات عددی ............................................................................ ١٢

فصل سوم ...........................................................................................٢٨

زمینه های علمی تحقیق ..........................................................................٢٨

١-٣-مقدمه ............................................................................................. ٢٩

٢-٣- روش های استهلاک انرژی در سد های بلند .................................................. ٢٩

٣-٣- روش های استهلاک انرژی متمرکز جریان آب ............................................... ٣٠

١-٣-٣- استهلاک انرژی به کمک پخش جت : ...................................................... ٣١

٢-٣-٣- انواع سیستم های استهلاک انرژی از دیدگاه استاندارد اداره مهندسی ارتش

آمریکا[٣١] : ......................................................................................... ٣٢

٣-٣-٣ تقسیم بندی انواع مستهلک کننده ها ی انرژی از دیدگاه گریشین [٢٨]: .......... ٣٢

٤-٣-٣-تقسیم بندی مستهلک کننده های انرژی از دیدگاه میسون [٣٧] : ................. ٣٤

٤-٣- محدودیت استهلاک انرژی ..................................................................... ٣٥

٥-٣- پرتاب کننده جامی : ............................................................................. ٣٧

٦-٣- جام یا قاشقک  پرش اسکی .................................................................... ٣٩

١-٦-٣- انواع جام ................................................................................... ٣٩

٣-٦-٢- هندسه و خصوصیات هیدرولیکی جام .................................................. ٤١

٣-٧-رفتار جت در اتمسفر: ............................................................................ ٥٠

٣-٧-١- ورود هوا به جریان روی تنداب تا لبه جام [١٦-٣٩] :................................. ٥٤

٣-٧-٢- ورود هوا به جت خروجی از جام :....................................................... ٥٥

فصل ٤ ............................................................................................... ٥٩

تحلیل عددی با نرم افزار 3D-FLOW ................................................................... ٥٩

١-٤- مقدمه .............................................................................................٦٠

٢-٤-تاریخچه ...........................................................................................٦٠

٣-٤-معادلات حاکم .....................................................................................٦١

١-٣-٤-سیستم های مختصات ......................................................................٦١

٢-٣-٤-معادله پیوستگی جرم ......................................................................٦٢

٣-٣-٤-معادلات مومنتوم ...........................................................................٦٣

٤-٣-٤- تنش های روی دیواره : .....................................................................٦٥

٥-٣-٤- افت اغتشاشی جریان ......................................................................٦٥

٦-٣-٤- سطوح مشترک و سطوح آزاد .............................................................٦٦

٧-٣-٤- معادله انرژی سیال ........................................................................٦٧

٨-٣-٤-مدلهای آشفتگی ..........................................................................٦٧

٩-٣-٤- ویسکوزیته آشفتگی .......................................................................٦٨

١٠-٣-٤- معادله انرژی جنبشی آشفتگی .........................................................٦٩

١١-٣-٤- مدل رسوب .............................................................................. ٧٠

٤-٤-کلیات نرم افزار 3D-FLOW ....................................................................... ٧٠

١-٤-٤-استفاده از روش Lagrangain VOF Advection –Semi  [٢٦] ............................ ٧٠

٥-٤-استفاده از سیستم شبکه بندی چندگانه ....................................................... ٧٢

٦-٤-روش کسر مساحت – حجم مانع : .............................................................. ٧٢

٧-٤-تقریبات عددی ................................................................................... ٧٣

٨-٤-شرح روش حل عددی ........................................................................... ٧٥

٩-٤- مدلسازی ورود هوا در نرم افزار 3D-FLOW ...................................................... ٧٥

١٠-٤- خصوصیات خاص و منحصر به فرد نرم افزار 3D-FLOW...................................... ٧٧

١١-٤ موارد کاربرد صنعتی نرم افزار 3D-FLOW ....................................................... ٧٨

١٢-٤ مدل سازی : ...................................................................................... ٧٩

١-١٢-٤  هدایت گر: ................................................................................ ٧٩

٢-١٢-٤- نصب مدل: ............................................................................... ٧٩

٣-١٢-٤-شبیه سازی : ............................................................................. ٨٥

٤-١٢-٤-تحلیل : ....................................................................................٨٦

٥-١٢-٤- نمایشگر .................................................................................. ٨٧

فصل ٥............................................................................................... ٨٨

مدل سازی عددی و کالیبراسیون .............................................................. ٨٨

١-٥-مقدمه ............................................................................................. ٨٩

٢-٥-مشخصات سازه مورد مطالعه : ................................................................... ٨٩

١-٢-٥- مشخصات سازه ای سرریز ............................................................... ٩٠

٢-٢-٥-خصوصیات هیدرولوژیکی سد مورد مطالعه ما به شرح زیر می باشد : ............... ٩١

٣-٥-مدل فیزیکی ................................................................................... ٩١

١-٣-٥- مشخصات پرتاب کننده در مدل فیزیکی: .............................................. ٩٤

٢-٣-٥-معرفی مقاطع اندازه گیری عمق آب و سرعت .......................................... ٩٥

٤-٥- مدل سازی در نرم افزار:......................................................................... ٩٨

١-٤-٥- ارائه گام های زمانی بر اساس اندازه شبکه های مش بندی برای حصول به

پایداری :............................................................................................... ٩٩

١-١-٤-٥- معادله انفصال برای وضعیت دو بعدی .............................................................................. ٩٩

٢-١-٤-٥- معادله انفصال برای سه بعدی ..................................................................................... ١٠١

٣-١-٤-٥- حل معادلات جبری ................................................................................................ ١٠٢

٥-٥-اتمام مدل سازی ................................................................................١٠٦

٦-٥-تست تحلیل حساسیت :.........................................................................١١١

٧-٥-بکارگیری شبکه عصبی در ارزیابی فشار روی پرتاب کننده در حالت سه بعدی ...........١٢٤

١-٧-٥-مقدمه : ........................................................................................١٢٤

٢-٧-٥-داده های ورودی و هدف ....................................................................١٢٤

٣-٧-٥-روش کار در شبکه عصبی ...................................................................١٢٤

فصل ششم ........................................................................................ ١٢٨

نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات برای تحقیقات آتی ........................................ ١٢٨

١-٦ : جمع بندی و نتایج تحقیق .....................................................................١٢٩

٢-٦ : ارائه پیشنهاد برای تحقیقات آتی ..............................................................١٣٢

منابع و مراجع .................................................................................... ١٣٣

منابع و مراجع ..........................................................................................١٣٤

 140............................................................................................ ABSTRACT:

منبع:

[١]  ابریشمی،ج . ،حسینی ،م. ،"هیدرولیک کانال های باز" ، دانشگاه امام رضا مشهد،(١٣٨٥).

[٢]     امیراصلانی ،ش .، پیرستانی ،م.ر. ، صالحی نیشابوری ،س .ع .ا. ،" بررسی عددی اثر زاویه اصطکاک داخلی

رسوبات بر روی ابعاد چاله آبشستگی ناشی از جت ریزشی آزاد " دومین کنفرانس ملی نیروگاههای آبی کشور(١٣٨٧).

[٣]     بارانی ، غ . ،عباسی ، ی. ، " بهینه سازی پرتاب کننده جامی شکل مسطح با استفاده از روش آنالیز

ابعادی " ، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران ،دانشکده مهندسی دانشگاه شهید باهنر کرمان ، ١٧ لغایت ١٩ آبانماه (١٣٨٤).

[٤]     بیرامی ، م.ک . ، "سازه های انتقال آب" ، نشردانشگاه صنعتی اصفهان ، (١٣٨٢)

[٥]     حسینی سهی ، م . ،" شبیه سازی هیدرولیکی جریان در حوضچه آرامش با استفاده از نرم افزار -Flow

 3D " ، پایان نامه کارشناسی ارشد ، مهندسی عمران آب – تربیت مدرس (١٣٨٤).

[٦]     خراسانی زاده ، ع. ، و همکاران ، "گزارش نهایی مطالعات مدل هیدرولیکی سیستم تخلیه سیلاب سد

مخزنی آزاد." ، مرکز تحقیقات آب . بخش سازه های هیدرولیکی  . (١٣٨٧).

[٧]  خراسانی زاده ، ع. ، و همکاران ، "گزارش نهایی مطالعات مدل هیدرولیکی سیستم تخلیه سیلاب سد

مخزنی جره ." ، مرکز تحقیقات آب . بخش سازه های هیدرولیکی  . (١٣٨٧).

[٨]  عالمی ، م.، "بررسی عددی رفتار هیدرولیکی سرریز نیلوفری با هندسه ناقص به کمک برنامه کامپیوتری

3D-Flow"، پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران آب، (١٣٨٧)

[٩]     عظیمیان ،ا. ،" دینامیک سیالات محاسباتی برای مهندسان " جهاد دانشگاهی دانشگاه صنعتی اصفهان .

[١٠]     گلزاری ،ف .،"بررسی عملکرد هیدرولیکی پرتاب کننده جامی در پایانه سازه های تخلیه سیلاب سد های

بلند به کمک مدل های فیزیکی " کنفرانس بین المللی سازه های هیدرولیکی کرمان ،١٢ و ١٣ اردیبهشت (١٣٨٠).

[١١]  گلزاری ،ف. ، "بررسی پارامترهای موثر بر هندسه جت پرتابی خروجی از پرتاب کنند ه های جامی . "

پایان نامه کارشناسی ارشد.دانشگاه صنعتی شریف . (١٣٧٥).

[١٢]     مقیمان ،م .، " محاسبه عددی -کامپیوتری انتقال حرارت و حرکت سیالات ." تالیف پاتانکار، س.و.

انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد. (١٣٨٢) .

[١٣]     مطلبی زاده ،م .ر. ،"تحلیل جریان  دو بعدی روی سرریز های آزاد" پایان نامه کارشناسی ارشد، مهندسی

عمران -آب-تربیت مدرس ،(١٣٨٠).

[١٤]     نادری راد،ا. ، نیک سرشت ،ا.ح . ، " مقایسه استهلاک انرژی در سرریز پلکانی با سرریز اوجی (صاف )

بوسیله روش عددی "(١٣٨٥).

[١٥]     وطن دوست ،ح. ، "بررسی ضرایب نوسانات فشار در پرتاب کننده جامی شکل " ، پایان نامه کارشناسی

ارشد سازه های آبی ،دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم تحقیقات ،(١٣٨٥).

[16]    "Air-Water Flow in Hydraulic Structures", USBR, P81-83, (1980).

[17]    Bhajantri, M. R., Eldho, T. I., Deolalikar, P. B., "Modeling Hydrodynamic Flow

Over Spillway Using Weakly Compressible Flow Equations", Journal of

Hydraulic Research, Volume 45, Issue 6, pages 844 – 852., November 2007.

[18]    Cassidy, J.J.,"Irrotational Flow over Spillways of Finite Height." J. Engrg

.Mech. div., ASCE, (1965).

[19]    Chanel  ,P.J.  ,Doering,J.C.,  "An  Evaluation  Of  Computational  Fluid

Dynamics For Spillway Modeling"  16th Australasian Fluid Mechanics

Conference,(2007)

[20] Cheng, A.H-D. , Liggett, J.A., and Lin, p.L-f. "Boundary calculation of Sluice

and Spillway Flows". Journal of Hydraulics Division, American Society of

Civil Engineers. (1981).

[21]    Choi1, W., Hwan Kim, M., " Free-Surface Fluid Flows over Spillway",

Chicago, IL 60606, U.S.A. (2001).

[22]    David,  H.,  Boyes,  K.,"Numerical  Flow  Analysis  for  Spillways"43

ANCOLD Conference, Hobart, Tasmania, 24-29 October (2003).

[23]    Detetto, A .Lares. ,Rossi,R., Idelsohn,S. R. ,"On The Validation Of The

Particle Finite Elements Method (PFEM) For Complex Engineering Fluid

Flow   Problems",    European    Conference    On    Computational    Fluid

Dynamics,Delft,Netherland, (2006).

[24] Diersch, H.J, Schirmerr, A., and Busch, K.F. "Analysis of Flows with Initial

Unknown Discharge." Journal of Hydraulics Division, American Society of

Civil Engineers, 103(3), 213-232. (1977).

[25]    Dong Bao, Sh., Liu Shan, J.,"The Test Research For Energy Dissipation

Structure of Y-Flaring Pier Stilling Dissipation Structure of Y-Flaring Pier S

Stilling Basin in Saige Hydropower Station ", Jilin Water Resources, March

(2008).

[26]    Falvey, H.T., & Ervine, D.A.,"Aeration in jets and High Velocity Flows",

Model Prototype Correlation. (1988).

[27]    Flow-3D User's Manual, Version 8 and Version 9.

[28]    Griffith, A.R., James, P.E."Stability Review of the Wanapum Spillway

Using CFD Analysis." Fall (2007).

[29]    Grishin , M.M. , "Hydraulic Structures"

[30]    Hirt, C., W., Nichols, B., D., "Volume of Fluid (Vof) Method for the

Dynamics of Free Boundaries", Journal of Computers and Structures, No.39,

201.  (1981).

[31]    Hirt ,C., W., Sicilian,J.M., "A Porosity Technique For The Definition Of

Obstacle In Rectangular Cell Meshes", Fourth International Conference

Hydrology., National Academy Of Science, Washington, (1985).

[32]    Howard, D., Mark, B., "Neural Network Toolbox for Use with MATLAB",

User’s Guide, (2006).

 ١٣

[33]    "Hydraulic Design Criteria" , Department Of The Army,Office of the Chief

of  Engineering's US Corps of  Engineers,Washington,D.C. ,(1965)

[34]    Johnson, M., Savage, M.B.," Flow Over Ogee Spillway: Physical and

Numerical Model Case Study", Journal of Hydraulic Engineering . August

(2001).

[35]    Johnson  ,M. ,Savage ,M.B .,"Physical and Numerical Comparison of Flow

over Ogee Spillway  in  the Presence  of  Tailwater"  Journal Of Hydraulic

Engineering © Asce . December (2006).

[36]    Larese ,A.,Rossi, R. , Onate, E. , Idelshon ,S. R. , " Validation Of The

Particle Finite Element Method (Pfem) For Simulation Of Free Surface

Flows " , Journal Of  Engineering Computations ,(2009).

[37]    Li Nai-Wen, Xu Wei-Lin ,Zhang Fa-Xing ,Tian Zhong ,Zhao Tao , " Study

On Numerical Simulation Of 3-D Flow Formed By Flaring Gate Pierson

Surface Spillways In High Arch Dams " Journal Of Sichuan University ,

Engineering Science Edition ,(2008).

[38]    Linsley, R. K. & Franzini, J. B. & Freyberg, D. L. "water  Resources

Engineering", Mc Graw Hill Book Company, (1992).

[39]    Mason, P.J.,"practical Guide Lines for the Design of Flipbuckets & Plung

Pools", Water Power & Dam Construction, September-October (1993).

[40]    Mermei, T.W., "Major Dams  of the World", Water Power & Dam

Construction (1982).

[41]    Novak,P.,"Developments in Hydraulic Engineering." , vol.2 , Elsevier

Publication , (1984)

[42]    Novak, P., "Models In Hydraulic Engineering", Pitman, London, (1981).

[43]    Parvishi,A.,Shafae Bajestan,M.,Musavi Jahromi,S.H. ,"Impact Of lip Angle

Of Flip Bucket Energy Dissipater On Scour Hole" ,3rd Iasme . Wseas Int.

Conf. On Water Resources, Hydraulics & Hydrology (Whh '08), University

Of Cambridge, UK, Feb. 23-25, (2008).

[44]    Peterka,A.J.  ,  "Hydraulic  Design  Of  Stilling    Basins  And  Energy

Dissipators",U.S. Department Of  Interior , Bureau Of  Reclamation,

Nomograph  No.25,(1984)

[45]    Pinder, G.F., Gary, W.G., "Is There A Difference in the Finite Difference

Method ", Water Resource.Res12 (1), Page 105-107, (1976)

[46]    Shafae Bajetan,M. ,Parvishi,A. ,Musavi Jahromi,S.H. ," Impact Of Lip

Angle Of Flip Bucket Energy Dissipater On Scour Hole", 3rd Iasme . Wseas

Int. Conf. On Water Resources, Hydraulics & Hydrology (Whh '08),

University Of Cambridge, UK, Feb. 23-25, (2008).

[47]    Shnitter, Nicholas. J., "a History of Dams, The useful Pyramids", A. A.

Balkema, Rotterdam, (1994).

[48]    Sungyul Yoo,Hongand ,K.,"A 3-Dimentional  Numerical Study Of Flow

Patterns Around A Multipurpose Dam",Fifth International Conference On

Hydroinformatics,Cardiff,U.K.(2002).

[49]    U.S. Army Corp of Engineers (USACE)."Hydraulic Design Of Spillways",

Engineer's Manual, No.1110-2-1603, Chapter 7 .Energy Dissipaters,  (1990).

[50]    Vischer, D.L. , And Hager,W.H., "Energy Dissipaters" , hydraulic Structures

Design     Manual,     IAHR,     A.A.    Balkema,Rotterdam,(1995).,chap.2,9-

23,chap.7, 111-151.

[51]    Wittaker, G. J., Schleiss, A., "Scour Related To Energy Dissipators for High

Head Structures", Nr73Mitteilingen Der Versuchsansalt Fur Wasserban,

Hydrologie.

[52]    Yakhut, V., Orszag, S.A., "Renormalization Group Analysis of Turbulence",

Journal of Scientific Computing, Page 1-51, (1986)

[53]    Zhang Ting ,Mai Dong-Ling , " Study On Dynamic Characteristics Of Water

Jet In  Hybrid  Type  Flip  Bucket", Journal Of Fuzhou University (Natural

Science Edition) ,march (2008).

[54]    Zhang Xiao, L. Y., Xiao, C., "Study Test on Combined Energy Dissipator of

Flaring Pier and Flip Bucket", Journal of Fuzhou University, (2009).