Abstract
The results from a 3D non-linear k–ε turbulence model with vegetation are presented to investigate the flow structure, the velocity distribution and mass transport process in a straight compound open channel and a curved open channel. The 3D numerical model for calculating flow is set up in non-orthogonal curvilinear coordinates in order to calculate the complex boundary channel. The finite volume method is used to disperse the governing equations and the SIMPLEC algorithm is applied to acquire the coupling of velocity and pressure. The non-linear k–ε turbulent model has good useful value because of taking into account the anisotropy and not increasing the computational time. The water level of this model is determined from 2D Poisson equation derived from 2D depth-averaged momentum equations. For concentration simulation, an expression for dispersion through vegetation is derived in the present work for the mixing due to flow over vegetation. The simulated results are in good agreement with available experimental data, which indicates that the developed 3D model can predict the flow structure and mass transport in the open channel with vegetation
چکیده
نتایج مربوط به یک مدل آشفتگیِ 3D غیر خطی دارای پوشش گیاهی، جهت بررسی ساختار جریان و توزیع سرعت و فرآیند انتقال جرم در یک کانال باز ]سطح آزاد[ مرکب و یک سطح آزاد خمیده ارائه شده است. مدل 3D جهت محاسبۀ جریان در یک سیستم مختثات منحنی الخطِ غیر متعامد، جهت محاسبۀ کانال با مرز پیچیده برقرار شده است. روش حجم محدود جهت پراکنده ]توزیع[ کردن معادلات حاکم مورد استفاده قرار می گیرد و الگوریتم SIMPLEC جهت تعیین کوپلاژ ]جفت شدگیِ[ سرعت و فشار، به کار برده می شود. مدل آشفتگیِ غیرخطیِ k-ε، به خاطر به حساب آوردنِ ناهمسانگردی ]غیر ایزوتروپی[ و عدم افزایش زمان محاسباتی، ارزش سودمندی دارد. سطح آبِ این مدل، از معادلۀ پواسون 2D که از معادلات تکانه عمق متوسط 2D مشتق شده، تعیین می شود. جهت شبیه سازیِ غلظت، به خطر جریانِ روی پوشش گیاهی، عبارتی برای پراکندگیِ تمام پوشش گیاهی در عملیات کنونی برای اختلاط، منتج شده است. نتایج شبیه سازی شده، تطابق خوبی با داده های آزمایشی موحود دارند، که نشان می دهد که مدل 3D توسعه یافته، قابلیت پیش بینیِ ساختار جریان و انتقال جرم در سطح آزاد دارای پوشش گیاهی را دارد.
1- مقدمه
جلگه های سیلابی طبیعی و تالابها به طور نمونه دارای رشد علف ها، بوته ها، و درختان هستند، این گیاهان در جلگۀ سیلابی یا رودخانه، مزایا و معایب بسیاری برای جریان آب دارد. به طور نمونه، بازسازیِ رودخانه و برنامه های زیست مهندسی، اغلب، از گیاهان جهت تثبیت حاشیه ها، فراهم آوردن رسوب گیری، کنترل اتلاف خاک و آب، و برگرداندن گیاهان کاشته شده در مسیر آب و جلگۀ سیلابی که مقاومت کلیِ جریان را افزایش می دهند، کاهش تنش برشیِ اعمال شده بر بستر، و تغییر توزیع سرعت، که منجر به کاهش ظرفیتِ انتقال بار کف می شود، استفاده می کنند...