
تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 626 |
تعداد مقالات | 6,517 |
تعداد مشاهده مقاله | 8,746,927 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,317,524 |
مطالعه عددی اثر موانع دشت سیلابی بر جریان ناشی از شکست سد به روش MPS | ||
مجله پژوهشهای حفاظت آب و خاک | ||
مقاله 6، دوره 26، شماره 6، بهمن و اسفند 1398، صفحه 119-138 اصل مقاله (1.61 M) | ||
نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2019.16153.3141 | ||
نویسندگان | ||
علیرضا خوش کنش1؛ سعید گوهری* 2؛ حسین بانژاد3 | ||
1گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا همدان، همدان، ایران | ||
2دانشگاه بوعلی سینا – دانشکده کشاورزی– گروه مهندسی آب | ||
3دانشگاه فردوسی مشهد- گروه علوم و مهندسی آب | ||
چکیده | ||
سابقه و هدف: سیلابدشت ها سرزمین هایی نسبتا هموار در مجاورت رودخانه ها با کاربری مسکونی، صنعتی یا کشاورزی می باشند. شکست ناگهانی سدهای بزرگ، موجب شکل گیری و پیشروی امواج مخرب سیلاب در پائین دست می گردد. پیشروی سیل روی دشت های سیلابی تحت اثر تغییرات توپوگرافی و موانع درون جریان نظیر پل ها صورت می گیرد. این امواج، در بازه کوچکی از رودخانه و روی دشت سیلابی به ترتیب به صورت یک و دو بعدی انتشار می یابند. در شبیه سازی های هیدرودینامیکی، خصوصیات دو بعدی جریان ناشی از شکست سد روی دشت سیلابی، به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین، اثر تلفیقی موانع دشت سیلابی، تنگ شدگی و موانع بستر بر خصوصیات جریان ناشی از شکست سد تعیین می گردد. مواد و روشها: در این پژوهش، از روش لاگرانژی ذرات متحرک نیمه ضمنی (MPS) برای مطالعه عددی خصوصیات جریان ناشی از شکست سد روی دشت سیلابی استفاده شد. از جمله مزایای این روش، تراکم ناپذیری، ذره محوری، بهره گیری از مدل های توانمند گرادیان و لاپلاسین در تصحیحات سرعت - فشار بدون نیاز به توابع هموارسازی پیچیده می باشد. بدین ترتیب، اثر رقوم اولیه آب در مخزن، شکل موانع، تبدیل های جانبی و نیز موانع کف بر پارامترهای هیدرولیکی، در 15 حالت گوناگون مورد مطالعه قرارگرفت. موانع دشت سیلابی به شکل های استوانه، مکعب، لوزی و نامتقارن و موانع بستر به شکل مکعبی می باشند. ابتدا، تحلیل حساسیت نتایج عددی نسبت به سه قطر ذره 01/0، 015/0 و 02/0 متر صورت گرفت. در نهایت، قطر ذره 015/0 متر به عنوان اندازه ذرات آب در مدل در نظر گرفته شد. شبیه سازی ها با بیش از 280000 ذره کروی و با دقت مرتبه دوم مکانی و زمانی صورت گرفت. یافتهها: دقت نتایج عددی با بهره گیری از خطای نرمال NRMSE و مقایسه با نتایج آزمایشگاهی پیشین تعیین گردید. نتایج نشان داد که تخلیه مخزن در حل های عددی سریعتر از نتایج آزمایشگاهی رخ می دهد. بنابراین، مدل MPS مقادیر ارتفاع نیمرخ سطح آزاد و سرعت پیشروی جریان را به ترتیب کم و بیش برآورد می نماید. برخورد جریان به موانع دشت سیلابی، موجب بالاروی و شکل گیری جریان سه بعدی در محل استقرار موانع، تبدیل های جانبی و موانع کف می گردد. همچنین، شکل موانع عاملی مؤثر بر تغییر شکل های نیمرخ سطح آزاد، مؤلفه افقی سرعت سطحی و نیروهای مقاومت پسآی وارد بر جریان می باشد. نتیجه گیری: مقادیر خطای نرمال نشان داد که دقت روش MPS در محاسبه تغییر شکل های نیمرخ طولی سطح آزاد بین 88 تا 91 درصد متغیر می باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
سیلاب دشت؛ ذرات متحرک نیمه ضمنی؛ شکست آنی سد؛ موانع؛ تبدیل های جانبی | ||
مراجع | ||
1.Ataie-Ashtiani, B., and Farhadi, L. 2006. A stable moving-particle semi-implicit method for free surface flows. Fluid Dyn Res. 38: 4. 241-256.
2.Chen, R., Cai, Q., Zhang, P., Li, Y., Guo, K., Tian, W., Qiu, S., and Su, G.H. 2019. Three-dimensional numerical simulation of the HECLA-4 transient MCCI experiment by improved MPS method. Nucl. Eng. Des. 347: 95-107.
3.Jafari Nodushan, E., Hosseini, Kh., Mousavi, S.F., Shakibaeinia, A., and Farzin, S. 2015. The simulation of the dam-break flow by weakly compressible moving particle semi-implicit method. Modares Civil Eng. J. 15: 3. 25-36. (In Persian)
4.Khayyer, A., Naoki, T., Yuma, Sh., and Gotoh, H. 2019. Multi-resolution MPS for incompressible fluid-elastic structure interactions in ocean engineering. Appl. Ocean Res. 82: 397-414.
5.Kocaman, S., and Ozmen-Cagatay, H. 2015. Investigation of dam-break induced shock waves impact on a vertical wall. J. Hydrol. 525: 1-12. 6.Kocaman, S., and Ozmen-Cagatay, H. 2012. The effect of lateral channel contraction on dam break flows: Laboratory experiment. J. Hydrol.433: 145-153.
7.Koshizuka, S., Hillman, M., Chen, J.S., Roth, M.J., Reddy, B.D., Ortiz, M., and Kirchdoerfer, T. 2016. Moving Particle Semi-implicit (MPS) Method - Application to Free Surface Flow. Bulletin for the International Association for Computational Mechanics. United Kingdom.
8.Koshizuka, S., and Oka, Y. 1996. Moving-particle semi-implicit method for fragmentation of incompressible fluid. Nucl. Sci. Eng. 123: 3. 421-434.
9.Mohrig, D. 2004. Conservation of Mass and Momentum: sedimentary Geology. MIT OCW.
10.Ozmen-Cagatay, H., and Kocaman, S. 2011. Dam-break flow in the presence of obstacle: Experiment and CFD simulation. Eng. Appl. Comput. Fluid Mech. 5: 4. 541-552.
11.Ozmen-Cagatay, H., Kocaman, S., and Guzel, H. 2014. Investigation ofdam-break flood waves in a dry channel with a hump. J. Hydro-Environ. Res.8: 3. 304-315.
12.Prometech. 2016. Particleworkstheory manual, Particleworks software documentation. Prometech, Inc.
13.Shakibaeinia, A., and Jin, Y.C. 2011. A mesh-free particle model for simulation of mobile-bed dam break. Adv. Water Resour. 34: 6. 794-807.
14.Sheybanifard, H., Zounemat Kermani, M., Baraniand, Gh.A., and Memarzadeh, R. 2018. Sensitivity analysis of the initial distance between particles in the smoothed particle hydrodynamics method in simulation of dam break.J. Water Soil Cons. 25: 4.153-169.(In Persian)
15.Soares-Frazão, S., Canelas, R., Cao, Z., et al. 2012 Dam-break flows over mobile beds: experiments and benchmark tests for numerical models. J. Hydraul Res. 50: 4. 364-375.
16.Soares-Frazão, S., Noël, B., and Zech, Y. 2004. Experiments of dam-break flow in the presence of obstacles. River Flow. Pp: 911-918.
17.Soares-Frazão, S., and Zech, Y. 2008. Dam-break flow through an idealised city. J. Hydraul. Res. 46: 5. 648-658.
18.Soares-Frazão, S., and Zech, Y. 2007. Experimental study of dam-break flow against an isolated obstacle. J. Hydraul. Res. 45: 27-36.
19.Sun, X., Sun, M., Takabatake, K., Pain, C., and Sakai, M. 2019. Numerical simulation of free surface fluid flows through porous media by using the explicit MPS method. Tranp porous media. 127: 1. 7-33.
20.Vischer, D., and Hager, W.H.1998. Dam Hydraulics, John Wiley, Chichester, United Kingdom, 316p.
21.Zech Y., and Soares-Frazão, S. 2007. Dam-break flow experiments and real-case data. A database from the European IMPACT research. J. Hydraul. Res.45: 5-7.
22.Zhang, T., Koshizuka, S., Xuan, P., Li, J., and Gong, C. 2018. Enhancement of stabilization of MPS to arbitrary geometries with a generic wall boundary condition. Comput Fluids. 0: 1-25.
23.Zhang, Y., and Van, D. 2019. MPS-FEM coupled method for fluid-structure interaction in 3D dam-break flows. Int. J. Comput. Methods. 15: 3. 1-16. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 516 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 335 |