مدل‌سازی ریاضی افت انرژی در سرریزهای پلکانی با استفاده از مدل عددی ANSYS-CFX

Abstract

در این تحقیق سرریز پلکانی با استفاده از مدل عددی CFX شبیه‌سازی شده و میزان استهلاک انرژی تحت­تأثیر پارامترهای هندسی پلکان‌ها و دبی عبوری جریان از روی سرریز بررسی شده است. در این زمینه برای مدل‌سازی آشفتگی جریان از مدل تلاطمی k-ε استاندارد استفاده گردیده است. برای دست­یابی به اهداف این تحقیق، در ابتدا مدل‌های عددی CFX نسبت به یک مدل آزمایشگاهی مورد واسنجی و صحت­سنجی قرار گرفتند. نتایج حاصل از واسنجی و صحت­سنجی نشان داد که پاسخ­های مدل عددی CFX تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. پس از آن میزان استهلاک نسبی انرژی به ازای تعداد پلکان‌ها، دبی‌ها و شیب‌های مختلف در مدل عددی CFXمورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان داد که در سرریز ده پلکانی، دبی در واحد عرض50 لیتر بر ثانیه بر متر، کاهش استهلاک انرژی در اثر افزایش دو برابر دبی، 96/21 درصد و در اثر افزایش دو برابر شیب، 38/11 درصد و در اثر افزایش دو برابر تعداد پلکان‌ها، 80/5 درصد می‌باشد. هم­چنین نتایج حاصل از ارزیابی مدل‌های عددی نشان داد که افزایش دو برابری ارتفاع پله در یک سرریز، درصورتی­که شیب سرریز ثابت بماند و برابر با دو باشد موجب افزایش استهلاک انرژی به میزان 61/23 درصد می‌شود. با توجه به نتایج بدست­آمده درمجموع می­توان عنوان کرد که مدل عددی CFXبه دلیل دقت بالای نتایج بدست­آمده نسبت به نتایج آزمایشگاهی و هم­چنین هزینه کم محاسباتی می­تواند جایگزین مناسبی برای برخی از روش‌های آزمایشگاهی پرهزینه و زمان‌بر باشد.

Keywords

• استهلاک انرژی
• تعداد پلکان‌ها
• سرریز پلکانی
• شیب سرریز
• مدل عددی cfx