شبیه سازی الگوی جریان آشفته و تغییرات مورفولوژیکی رودخانه کارون با استفاده از یک مدل عددی دو بعدی – عمران

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی عمران
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:144
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

شبیه سازی الگوی جریان آشفته و تغییرات مورفولوژیکی رودخانه کارون با استفاده از یک مدل عددی دو بعدی – عمران

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

چکیده ………. ۱
مقدمه ……….. ۲

۱- فصل اول: کلیات…………… ۴
۱-۱- هدف ……………….. ۴
۱-۲- پیشینه تحقیق……… ۵
۱-۳- شیوه انجام تحقیق ……………. ۶
۲- فصل دوم : مروری بر مطالعات انجام شده توسط سایر محققّاّن ………. ۸
۲-۱- هدف ……………….. ۸
۲-۲- مطالعات بوئیچ- استفاده از مدل LES در شبیهسازی الگوی جریان ثانویه …………. ۸
۲-۳- مطالعات وو- مقایسه کارایی مدل های آشفتگی ……. ۸
۲-۴- مطالعات عیسی و الویرا- مدل سازی سه بعدی جریان در حالت آشفته ….. ۹
۲-۵- مطالعات جیان و مککوروکودیل- شبیه سازی بازه مئاندری رودخانه …… ۹
۲-۶- مطالعات روزوفسکی، رودی و لشچزینر- الگوی جریان در قوس رودخانه ………… ۱۱
۲-۷- مطالعات صفرزاده و صالحی نیشابوری- الگوی جریان در قوس رودخانه …………. ۱۵
۲-۸- مطالعات شکیبایی نیا و همکاران- الگوی جریان در محل تلاقی دو رودخانه …….. ۱۶
۲-۹- نتیجهگیری نهایی، ضرورت انجام تحقیق حاضر …………….. ۱۷
۳- فصل سوم: معرفی نر مافزار، معادلات بنیادی حاکم و روش های حل آنها ………. ۲۰
۳-۱- معرفی نر مافزار CCHE2D ……ا……… ۲۰
۳-۲- معادلات حاکم ………………. ۲۰
۳-۲-۱ – معادلات هیدرودینامیکی حاکم بر میدان جریان ……………. ۲۰
۳-۲-۲ – مدل های آشفتگی …………… ۲۱
۳-۲-۲ -۱- مدلهای مبتنی بر لزجت گردابهای ……….. ۲۱
۳-۲-۲ -۲- مدل دو معادلهایk −ε …ا…… ۲۲
۳-۳- معادلات حاکم بر محاسبات انتقال رسوب ……….. ۲۳
۳-۳-۱ – معادلات انتقال رسوب متوسطگیری شده در عمق …………. ۲۳
۳-۳-۲ – روش های شبیه سازی انتقال بار رسوب …………… ۲۴
۳-۳-۲ -۱- روش اول : مدل به فرم بار بستر …………… ۲۴
۳-۳-۲ -۲- روش دوم : مدل به فرم بار معلق ………….. ۲۵
۳-۳-۲ -۳- روش سوم: مدل شبیه ساز(جداگانه) بار معلق و بار بستر ……….. ۲۵
۳-۴- روش های حل معادلات حاکم بر میدان جریان و انتقال رسوب ……….. ۲۶
۳-۴-۱ – روش حل معادلات جریان (روش مبتنی بر المان محدود) …………….. ۲۶
۳-۴-۲ – روش حل پدیده های جابجایی و پخش …………… ۲۸
۳-۴-۳ – روش حل معادلات انتقال رسوب ………. ۳۰
۳-۵- شرایط مرزی ……… ۳۲
۳-۶- الگوی حل یک مساله CFD …….ا…….. ۳۳
۴- فصل چهارم : شبیه سازی دو بعدی الگوی حاکم بر میدان جریان در رودخانه کارون …….. ۳۵
۴-۱- هدف ……………… ۳۵
۴-۲- مطالعه موردی ………………. ۳۵
۴-۲-۱ – معرفی بازه مطالعاتی ………… ۳۵
۴-۲-۲ – داد ههای میدانی …………….. ۳۵
۴-۳- شبیه سازی الگوی هیدرودینامیکی جریان های سیلابی در رودخانه کارون ………. ۳۷
۴-۳-۱ – شبکه بندی میدان حل ………. ۳۷
۴-۳-۲ – شرایط جریان در مرز های میدان ………. ۳۹
۴-۳-۳ – واسنجی مدل عددی CCHE2D…..ا….. ۳۹
۴-۳-۴ – صحت سنجی نتایج حاصل از شبیه سازی الگوی جریان …….. ۴۰
۴-۴- مطالعه الگوی هیدرودینامیکی جریان های سیلابی در رودخانه کارون …………… ۴۲
۴-۴-۱ – مطالعه روند تغییرات سرعت جریان در طول رودخانه ………. ۴۲
۴-۴-۲ – شکل گیری جریان های چرخشی ………. ۴۶
۴-۴-۳ – مطالعه الگوی جریان در اطراف جزیره رسوبی ……. ۵۳
۴-۴-۴ – مطالعه توزیع تنش برشی در بستر و کناره های رودخانه ……. ۶۰
۴-۴-۵ – مطالعه تغییرات دبی در واحد عرض رودخانه …….. ۶۰
۴-۵- توانایی مدل عددی CCHE2D در پیش بینی الگوی جریان حاکم بر میدان های طبیع ی…… ۶۱
۵- فصل پنجم: شبیه سازی عددی دو بعدی تغییرات مورفولوژیک رودخانه کارون ………….. ۶۶
۵-۱- هدف ……………… ۶۶
۵-۲- روند مدل سازی ……………… ۶۶
۵-۳- تعیین شرایط مرزی و پارامتر های مدل سازی…….. ۶۷
۵-۴- شبیه سازی تغییرات مورفولوژیک رودخانه کارون(دوره زمانی هشت ساله )………. ۶۹
۵-۵- پیش بینی تغییرات مورفولوژیک رودخانه کارون ب هازای سیلاب با دوره برگشت ۵ ساله ……. ۷۷
۵-۵-۱ – مطالعه تغییرات بستر و روند فرسایش و رسوبگذاری رودخانه ……….. ۷۷
۵-۵-۲ – بررسی روند تغییرات دانهبندی بستر در رودخانه …………… ۸۲
۵-۵-۳ – توزیع سرعت جریان در رودخانه کارون بعد از وقوع سیلاب …………… ۹۵
۵-۶- عدم قطعیت………. ۹۵
۶- فصل ششم: نتایج مطالعات …………. ۹۸
۷- فصل هفتم: ارائه پیشنهادات ……… ۱۰۰
۸- مراجع فارسی ………….. ۱۰۲
۹- مراجع لاتین …………… ۱۰۳

چکیده
نقش برجسته الگوی جریان و پدیده انتقال رسوب در تغییرات ریخت شناسی رودخانه ها، اهمیت مطالعات در این راستا را مشخص م ینماید. در مطالعه حاضر، با استفاده از مدل تجاری CCHE2D به شبیهسازی الگوی جریان و تغییرات مورفولوژیک در یک بازه از رودخانه کارون (بازه گتوند) ب هعنوان مطالعه موردی پرداخته شده است.
میدان هندسی بازه مطالعاتی با استفاده از روش های جبری و محاسباتی شبک هبندی شده و با بررسی عدم وابستگی میدان حل به ابعاد شبکه، با بهکارگیری شبکههای متفاوت، شبکه بهینه انتخاب شده است. برای شناخت الگوی هیدرودینامیکی جریان، معادلات رینولدز متوسطگیری شده در عمق حل شده و برای مدل سازی اثرات انتقال آشفتگی و بستن سیستم معادلات حاکم، مدل آشفتگیk −ε استاندارد بهکار رفته است. در نتیجه حل این معادلات روند تغییرات مقادیر و بردارهای سرعت و توزیع تنش برشی در بستر و کناره های رودخانه به ازای دبی سیلاب با دوره برگشتهای مختلف پیش بینی شدهاند.
واسنجی مدل عددی با هدف تخمین صحیح پارامتر مقاومت جریان (ضریب زبری مانینگ) و از طریق مقایسه پروفیل سطح آب پیشبینی شده توسط مدل با تراز سطح آب اندازهگیری شده در شرایطی که دبی جریان معادل ۵۲۴ مترمکعب بر ثانیه میباشد، انجام شده است. پس از شبیهسازی الگوی میدان جریان و اطمینان از روند همگرایی حل، تغییرات سطح آب در مدل عددی CCHE2D پیش بینی شده است. برای برآورد تغییرات مورفولوژی این بازه از رودخانه و ارزیابی توانایی مدل عددی CCHE2D در شبیهسازی تغییرات مورفولوژی رودخانه های طبیعی، این تغییرات برای یک دوره هشت ساله توسط مدل پیش بینی و سپس با مقاطع عرضی برداشت شده از رودخانه مقایسه شده است. در ادامه، فرایندهای فرسایش و رسوبگذاری بر اساس الگوی جریان بدست آمده، مورد مطالعه قرار گرفته و بر این اساس در مورد وضعیت پایداری بازههای رودخانه بحث شده است.
در شبیه سازی فرایند تغییرات مورفولوژیک رودخانه کارون از معادلات غیرتعادلی انتقال رسوب و با به کارگیری توزیع غیریکنواخت دا ن هبندی ذرات رسوب استفاده شده است. همچنین، با استفاده از معادلات سنجه رسوب ایستگاه هیدرومتری بالادست بازه مطالعاتی، شرایط مرزی تعیین شده است. در انتها روند تغییرات بستر و نواحی فرسایشی و رسوب گذار بازه مطالعاتی از رودخانه کارون و توزیع جدید مصالح بستر با کلاس ابعادی متفاوت، در طول مسیر مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسی ها و تحلیلهای انجام گرفته بر اساس شبیهسازی دو بعدی الگوی هیدرودینامیک و انتقال رسوب رودخانه کارون نشان از اطمینان مناسب به نتایج حاصل از شبیه سازی دارد.

مقدمه
بررسی رفتار جریان در رودخانهها توجه به این نکته را ضروری میسازد که رودخانه یک فرایند پویا است و رفتار آن بسته به مشخصههای ریختشناسی رودخانه در حال تغییر میباشد و در نتیجه این تغییرات، شرایط هیدرولیکی رودخانه نیز تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین لازم است اثر توأم جریان و رسوب به ویژه در رودخانه های ناپایدار مورد توجه قرار گیرد. اغلب جریان های جاری در طبیعت از نوع جریان آشفته می باشند.
در این جریان ها توزیع سرعت، افت انرژی، پخش آلودگی، نیروی برشی کف رودخانه و انتقال رسوب به شدت تحت تأثیر فرایند انتقال آشفتگی قرار میگیرند. همچنین حضور جریانهای آشفته در قوس رودخانهها م یتواند به شکلگیری جریانهای ثانویه منجر شود که نقش بسیار مهمی در مورفولوژی رودخانه و انتقال رسوب ایفا می کنند. از اینرو، تحلیل الگوی هیدرودینامیک جریان آشفته و درک عملکرد رودخانه دارای اهمیت میباشد که از آن جمله میتوان به جلوگیری از رسوبگذاری، تثبیت دینامیکی توپوگرافی رودخانه ،محل احداث سازهها، شناخت ساختار پخش آلودگی و … اشاره نمود.
حرکت های نوسانی و بسیار وابسته به زمان گردابهها در جریان های آشفته ،که تغییـرات آنهـا در مقیـاسهـایکوچک زمانی و مکانی رخ میدهد، موجب شده است که حل عددی این نوع جریان با مشکل نیـاز بـه شـبکههای ظریف محاسبات و نیز گامهای زمانی بسیار کوچک مواجه باشد [۸]. معادلات اصلی که الگوی این جریان را تشریح کنند، شناخته شدهاند و روشهایی که این معادلات را به صورت عددی حلکنند، وجـود دارنـد، امـاطولانی بودن زمان محاسبات در کنار توان محدود ابزارهای محاسباتی از عوامل بازدارنده برای انجام محاسبات واقعی به شمار میآیند. بنابراین محاسبات فقط هنگامی میتواند انجام شود که معادلاتی کـه نمـیتواننـد بـهصورت واقعی حل شوند به وسیله یک مدل با تکیه بر سادهسازیها برآورد گردند. در طی چنـد دهـه گذشـتهمدل های عددی مختلفی برای شبیه سازی الگوی جریان و انتقال رسـوب توسـعه داده شـده و مـورد اسـتفادهقرارگرفته اند و بسته به اینکه این مدل ها در مورد جریان های با هندسه ساخته شده توسط بشر اعمال شوند یـااینکه در مورد جریان های با شرایط طبیعی به کار روند، برای دامنه متنوعی از کاربرد ساخته شده اند .
در این تحقیق با انتخاب یک مدل کامپیوتری با قابلیتهای بررسی این پدیده در دو بعد، به شبیه سازی الگوی جریان و تغییرات مورفولوژیک در یک بازه از رودخانه کارون پرداخته م یشود .در این راستا، در فصل اول و دوم به ترتیب کلیات و تحقیقات انجام شده توسط سایر محققان مرور می شود. در فصل سوم مدل مورد استفاده، معادلات بنیادی حاکم بر میدان جریان و انتقال رسوب و روش حل آنها معرفی میشوند. در فصول چهارم و پنجم به ترتیب شبیه سازی و مطالعه الگوی جریان و روند تغییرات مورفولوژی در رودخانه کارون انجام شده و در فصل ششم نتایج و پیشنهادات ارائه می شود .

نتایج مطالعات
در این مطالعه الگوی هیدرودینامیک جریان و تغییرات مورفولوژیک رودخانه کارون در بازه گتوند (نمونه موردی) با استفاده از مدل عددی افقی CCHE2D انجام شده است که نتایج اصلی بخشهای مختلف آن به شرح زیر می باشد:
۱ – مدل عددی CCHE2D توانایی مناسبی در شبیه سازی الگوی هیدرودینامیکی جریان با وجود میدان های هندسی پیچیده دارد.
۲ – با توجه به الگوی مناسب بدست آمده از نقش جزیره رسوبی بر تقسیم جریان به دو شاخه چپ و راست، مدل عددی CCHE2D توانایی مناسبی در محاسبه منحنی تقسیم جریان در اطراف جزیره دارد.
۳ – با توجه به اینکه مدل CCHE2D یک مدل افقی است. از نتایج شبیهسازی با این مدل اطلاعات به خصوصی در خصوص جریانهای چرخشی قابل دستیابی نمیباشد.
۴ – مدل حاضر در شبیه سازی تغییرات بستر رودخانه توانایی مناسبی دارد اما در شبیهسازی فرسایش جداره ها ،با توجه به شیوههای مورد استفاده در مدل، دقت مناسبی بهکار نمیبرد.
۵ – مدل افقیCCHE2D زمینه مطالعه و ارزیابی مدلهای غیرتعادلی در شرایط رسوب غیریکنواخت و همچنین میزان کارایی آنها در شرایط متوسطگیری شده در عمق را فراهم مینماید. اگرچه مدل های غیرتعادلی انتقال رسوب در مقایسه با مدل های تعادلی کارایی مناسب تری دارند؛ اما، به نظر می رسد ب هکارگیری مدل های غیرتعادلی در مدل های افقی مناسب نمی باشند.
۶ – مدل عددی CCHE2D توانایی مناسبی در ارائه توزیع جدید دانه بندی مصالح بستر رودخانه پس از وقوع سیلاب (برای هر کلاس ابعادی) دارد.
۷ – در شرایط جریانهای دائم، ارزیابی اولیه از پارامترهای مدلسازی انتقال رسوب (ضخامت لایه اختلاطی، طول تطبیقی برای بار بستر و ضریب تطبیقی بار معلق) نقش تاثیرگذاری در محاسبات انتقال رسوب ندارند. با این وجود تعیین ضرایب از طریق مقایسه های آزمایشگاهی در تدقیق نتایج موثر خواهد بود.

 

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط