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

چكيده ………. 1
مقدمه ……….. 2

1- فصل اول: كليات…………… 4
1-1- هدف ……………….. 4
1-2- پيشينه تحقيق……… 5
1-3- شيوه انجام تحقيق ……………. 6
2- فصل دوم : مروري بر مطالعات انجام شده توسط ساير محققّاّن ………. 8
2-1- هدف ……………….. 8
2-2- مطالعات بوئيچ- استفاده از مدل LES در شبيهسازي الگوي جريان ثانويه …………. 8
2-3- مطالعات وو- مقايسه كارايي مدل هاي آشفتگي ……. 8
2-4- مطالعات عيسي و الويرا- مدل سازي سه بعدي جريان در حالت آشفته ….. 9
2-5- مطالعات جيان و مككوروكوديل- شبيه سازي بازه مئاندري رودخانه …… 9
2-6- مطالعات روزوفسكي، رودي و لشچزينر- الگوي جريان در قوس رودخانه ………… 11
2-7- مطالعات صفرزاده و صالحي نيشابوري- الگوي جريان در قوس رودخانه …………. 15
2-8- مطالعات شكيبايي نيا و همكاران- الگوي جريان در محل تلاقي دو رودخانه …….. 16
2-9- نتيجهگيري نهايي، ضرورت انجام تحقيق حاضر …………….. 17
3- فصل سوم: معرفي نر مافزار، معادلات بنيادي حاكم و روش هاي حل آنها ………. 20
3-1- معرفي نر مافزار CCHE2D ……ا……… 20
3-2- معادلات حاكم ………………. 20
3-2-1 – معادلات هيدروديناميكي حاكم بر ميدان جريان ……………. 20
3-2-2 – مدل هاي آشفتگي …………… 21
3-2-2 -1- مدلهاي مبتني بر لزجت گردابهاي ……….. 21
3-2-2 -2- مدل دو معادلهايk −ε …ا…… 22
3-3- معادلات حاكم بر محاسبات انتقال رسوب ……….. 23
3-3-1 – معادلات انتقال رسوب متوسطگيري شده در عمق …………. 23
3-3-2 – روش هاي شبيه سازي انتقال بار رسوب …………… 24
3-3-2 -1- روش اول : مدل به فرم بار بستر …………… 24
3-3-2 -2- روش دوم : مدل به فرم بار معلق ………….. 25
3-3-2 -3- روش سوم: مدل شبيه ساز(جداگانه) بار معلق و بار بستر ……….. 25
3-4- روش هاي حل معادلات حاكم بر ميدان جريان و انتقال رسوب ……….. 26
3-4-1 – روش حل معادلات جريان (روش مبتني بر المان محدود) …………….. 26
3-4-2 – روش حل پديده هاي جابجايي و پخش …………… 28
3-4-3 – روش حل معادلات انتقال رسوب ………. 30
3-5- شرايط مرزي ……… 32
3-6- الگوي حل يك مساله CFD …….ا…….. 33
4- فصل چهارم : شبيه سازي دو بعدي الگوي حاكم بر ميدان جريان در رودخانه كارون …….. 35
4-1- هدف ……………… 35
4-2- مطالعه موردي ………………. 35
4-2-1 – معرفي بازه مطالعاتي ………… 35
4-2-2 – داد ههاي ميداني …………….. 35
4-3- شبيه سازي الگوي هيدروديناميكي جريان هاي سيلابي در رودخانه كارون ………. 37
4-3-1 – شبكه بندي ميدان حل ………. 37
4-3-2 – شرايط جريان در مرز هاي ميدان ………. 39
4-3-3 – واسنجي مدل عددي CCHE2D…..ا….. 39
4-3-4 – صحت سنجي نتايج حاصل از شبيه سازي الگوي جريان …….. 40
4-4- مطالعه الگوي هيدروديناميكي جريان هاي سيلابي در رودخانه كارون …………… 42
4-4-1 – مطالعه روند تغييرات سرعت جريان در طول رودخانه ………. 42
4-4-2 – شكل گيري جريان هاي چرخشي ………. 46
4-4-3 – مطالعه الگوي جريان در اطراف جزيره رسوبي ……. 53
4-4-4 – مطالعه توزيع تنش برشي در بستر و كناره هاي رودخانه ……. 60
4-4-5 – مطالعه تغييرات دبي در واحد عرض رودخانه …….. 60
4-5- توانايي مدل عددي CCHE2D در پيش بيني الگوي جريان حاكم بر ميدان هاي طبيع ي…… 61
5- فصل پنجم: شبيه سازي عددي دو بعدي تغييرات مورفولوژيك رودخانه كارون ………….. 66
5-1- هدف ……………… 66
5-2- روند مدل سازي ……………… 66
5-3- تعيين شرايط مرزي و پارامتر هاي مدل سازي…….. 67
5-4- شبيه سازي تغييرات مورفولوژيك رودخانه كارون(دوره زماني هشت ساله )………. 69
5-5- پيش بيني تغييرات مورفولوژيك رودخانه كارون ب هازاي سيلاب با دوره برگشت 5 ساله ……. 77
5-5-1 – مطالعه تغييرات بستر و روند فرسايش و رسوبگذاري رودخانه ……….. 77
5-5-2 – بررسي روند تغييرات دانهبندي بستر در رودخانه …………… 82
5-5-3 – توزيع سرعت جريان در رودخانه كارون بعد از وقوع سيلاب …………… 95
5-6- عدم قطعيت………. 95
6- فصل ششم: نتايج مطالعات …………. 98
7- فصل هفتم: ارائه پيشنهادات ……… 100
8- مراجع فارسي ………….. 102
9- مراجع لاتين …………… 103

چكيده
نقش برجسته الگوي جريان و پديده انتقال رسوب در تغييرات ريخت شناسي رودخانه ها، اهميت مطالعات در اين راستا را مشخص م ينمايد. در مطالعه حاضر، با استفاده از مدل تجاري CCHE2D به شبيهسازي الگوي جريان و تغييرات مورفولوژيك در يك بازه از رودخانه كارون (بازه گتوند) ب هعنوان مطالعه موردي پرداخته شده است.
ميدان هندسي بازه مطالعاتي با استفاده از روش هاي جبري و محاسباتي شبك هبندي شده و با بررسي عدم وابستگي ميدان حل به ابعاد شبكه، با بهكارگيري شبكههاي متفاوت، شبكه بهينه انتخاب شده است. براي شناخت الگوي هيدروديناميكي جريان، معادلات رينولدز متوسطگيري شده در عمق حل شده و براي مدل سازي اثرات انتقال آشفتگي و بستن سيستم معادلات حاكم، مدل آشفتگيk −ε استاندارد بهكار رفته است. در نتيجه حل اين معادلات روند تغييرات مقادير و بردارهاي سرعت و توزيع تنش برشي در بستر و كناره هاي رودخانه به ازاي دبي سيلاب با دوره برگشتهاي مختلف پيش بيني شدهاند.
واسنجي مدل عددي با هدف تخمين صحيح پارامتر مقاومت جريان (ضريب زبري مانينگ) و از طريق مقايسه پروفيل سطح آب پيشبيني شده توسط مدل با تراز سطح آب اندازهگيري شده در شرايطي كه دبي جريان معادل 524 مترمكعب بر ثانيه ميباشد، انجام شده است. پس از شبيهسازي الگوي ميدان جريان و اطمينان از روند همگرايي حل، تغييرات سطح آب در مدل عددي CCHE2D پيش بيني شده است. براي برآورد تغييرات مورفولوژي اين بازه از رودخانه و ارزيابي توانايي مدل عددي CCHE2D در شبيهسازي تغييرات مورفولوژي رودخانه هاي طبيعي، اين تغييرات براي يك دوره هشت ساله توسط مدل پيش بيني و سپس با مقاطع عرضي برداشت شده از رودخانه مقايسه شده است. در ادامه، فرايندهاي فرسايش و رسوبگذاري بر اساس الگوي جريان بدست آمده، مورد مطالعه قرار گرفته و بر اين اساس در مورد وضعيت پايداري بازههاي رودخانه بحث شده است.
در شبيه سازي فرايند تغييرات مورفولوژيك رودخانه كارون از معادلات غيرتعادلي انتقال رسوب و با به كارگيري توزيع غيريكنواخت دا ن هبندي ذرات رسوب استفاده شده است. همچنين، با استفاده از معادلات سنجه رسوب ايستگاه هيدرومتري بالادست بازه مطالعاتي، شرايط مرزي تعيين شده است. در انتها روند تغييرات بستر و نواحي فرسايشي و رسوب گذار بازه مطالعاتي از رودخانه كارون و توزيع جديد مصالح بستر با كلاس ابعادي متفاوت، در طول مسير مورد مطالعه قرار گرفته است. بررسي ها و تحليلهاي انجام گرفته بر اساس شبيهسازي دو بعدي الگوي هيدروديناميك و انتقال رسوب رودخانه كارون نشان از اطمينان مناسب به نتايج حاصل از شبيه سازي دارد.

مقدمه
بررسي رفتار جريان در رودخانهها توجه به اين نكته را ضروري ميسازد كه رودخانه يك فرايند پويا است و رفتار آن بسته به مشخصههاي ريختشناسي رودخانه در حال تغيير ميباشد و در نتيجه اين تغييرات، شرايط هيدروليكي رودخانه نيز تحت تأثير قرار مي گيرد. بنابراين لازم است اثر توأم جريان و رسوب به ويژه در رودخانه هاي ناپايدار مورد توجه قرار گيرد. اغلب جريان هاي جاري در طبيعت از نوع جريان آشفته مي باشند.
در اين جريان ها توزيع سرعت، افت انرژي، پخش آلودگي، نيروي برشي كف رودخانه و انتقال رسوب به شدت تحت تأثير فرايند انتقال آشفتگي قرار ميگيرند. همچنين حضور جريانهاي آشفته در قوس رودخانهها م يتواند به شكلگيري جريانهاي ثانويه منجر شود كه نقش بسيار مهمي در مورفولوژي رودخانه و انتقال رسوب ايفا مي كنند. از اينرو، تحليل الگوي هيدروديناميك جريان آشفته و درك عملكرد رودخانه داراي اهميت ميباشد كه از آن جمله ميتوان به جلوگيري از رسوبگذاري، تثبيت ديناميكي توپوگرافي رودخانه ،محل احداث سازهها، شناخت ساختار پخش آلودگي و … اشاره نمود.
حركت هاي نوساني و بسيار وابسته به زمان گردابهها در جريان هاي آشفته ،كه تغييـرات آنهـا در مقيـاسهـايكوچك زماني و مكاني رخ ميدهد، موجب شده است كه حل عددي اين نوع جريان با مشكل نيـاز بـه شـبكههاي ظريف محاسبات و نيز گامهاي زماني بسيار كوچك مواجه باشد [8]. معادلات اصلي كه الگوي اين جريان را تشريح كنند، شناخته شدهاند و روشهايي كه اين معادلات را به صورت عددي حلكنند، وجـود دارنـد، امـاطولاني بودن زمان محاسبات در كنار توان محدود ابزارهاي محاسباتي از عوامل بازدارنده براي انجام محاسبات واقعي به شمار ميآيند. بنابراين محاسبات فقط هنگامي ميتواند انجام شود كه معادلاتي كـه نمـيتواننـد بـهصورت واقعي حل شوند به وسيله يك مدل با تكيه بر سادهسازيها برآورد گردند. در طي چنـد دهـه گذشـتهمدل هاي عددي مختلفي براي شبيه سازي الگوي جريان و انتقال رسـوب توسـعه داده شـده و مـورد اسـتفادهقرارگرفته اند و بسته به اينكه اين مدل ها در مورد جريان هاي با هندسه ساخته شده توسط بشر اعمال شوند يـااينكه در مورد جريان هاي با شرايط طبيعي به كار روند، براي دامنه متنوعي از كاربرد ساخته شده اند .
در اين تحقيق با انتخاب يك مدل كامپيوتري با قابليتهاي بررسي اين پديده در دو بعد، به شبيه سازي الگوي جريان و تغييرات مورفولوژيك در يك بازه از رودخانه كارون پرداخته م يشود .در اين راستا، در فصل اول و دوم به ترتيب كليات و تحقيقات انجام شده توسط ساير محققان مرور مي شود. در فصل سوم مدل مورد استفاده، معادلات بنيادي حاكم بر ميدان جريان و انتقال رسوب و روش حل آنها معرفي ميشوند. در فصول چهارم و پنجم به ترتيب شبيه سازي و مطالعه الگوي جريان و روند تغييرات مورفولوژي در رودخانه كارون انجام شده و در فصل ششم نتايج و پيشنهادات ارائه مي شود .

نتايج مطالعات
در اين مطالعه الگوي هيدروديناميك جريان و تغييرات مورفولوژيك رودخانه كارون در بازه گتوند (نمونه موردي) با استفاده از مدل عددي افقي CCHE2D انجام شده است كه نتايج اصلي بخشهاي مختلف آن به شرح زير مي باشد:
1 – مدل عددي CCHE2D توانايي مناسبي در شبيه سازي الگوي هيدروديناميكي جريان با وجود ميدان هاي هندسي پيچيده دارد.
2 – با توجه به الگوي مناسب بدست آمده از نقش جزيره رسوبي بر تقسيم جريان به دو شاخه چپ و راست، مدل عددي CCHE2D توانايي مناسبي در محاسبه منحني تقسيم جريان در اطراف جزيره دارد.
3 – با توجه به اينكه مدل CCHE2D يك مدل افقي است. از نتايج شبيهسازي با اين مدل اطلاعات به خصوصي در خصوص جريانهاي چرخشي قابل دستيابي نميباشد.
4 – مدل حاضر در شبيه سازي تغييرات بستر رودخانه توانايي مناسبي دارد اما در شبيهسازي فرسايش جداره ها ،با توجه به شيوههاي مورد استفاده در مدل، دقت مناسبي بهكار نميبرد.
5 – مدل افقيCCHE2D زمينه مطالعه و ارزيابي مدلهاي غيرتعادلي در شرايط رسوب غيريكنواخت و همچنين ميزان كارايي آنها در شرايط متوسطگيري شده در عمق را فراهم مينمايد. اگرچه مدل هاي غيرتعادلي انتقال رسوب در مقايسه با مدل هاي تعادلي كارايي مناسب تري دارند؛ اما، به نظر مي رسد ب هكارگيري مدل هاي غيرتعادلي در مدل هاي افقي مناسب نمي باشند.
6 – مدل عددي CCHE2D توانايي مناسبي در ارائه توزيع جديد دانه بندي مصالح بستر رودخانه پس از وقوع سيلاب (براي هر كلاس ابعادي) دارد.
7 – در شرايط جريانهاي دائم، ارزيابي اوليه از پارامترهاي مدلسازي انتقال رسوب (ضخامت لايه اختلاطي، طول تطبيقي براي بار بستر و ضريب تطبيقي بار معلق) نقش تاثيرگذاري در محاسبات انتقال رسوب ندارند. با اين وجود تعيين ضرايب از طريق مقايسه هاي آزمايشگاهي در تدقيق نتايج 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