1-2-2 دریچه ها……………………………………………………………………………………….. 3
1-2-3 سازه ترکیبی سریز – دریچه…………………………………………………………. 4
1-2-4 آبشستگی………………………………………………………………………………… 6
1-3 ضرورت انجام تحقیق……………………………………………………………………………. 9
1-4 اهداف تحقیق…………………………………………………………………………………. 9
1- 5 ساختار کلی پایاننامه………………………………………………………………………. 10
فصل دوم: بررسی منابع
2-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………. 12
2-2 مطالعات آزمایشگاهی جریان………………………………………………………………. 12
2-2 مطالعات عددی با نرمافزار Flow3D…………………………………………………………….
فصل سوم: مواد و روشها
3-1 مقدمه………………………………………………………………………………………. 22
3-2 نحوه انجام آزمایشات……………………………………………………………………….. 22
3-2-1 مخزن…………………………………………………………………………………… 23
3-2-2 پمپ……………………………………………………………………………………… 23
3-2-3 کانال آزمایشگاهی……………………………………………………………………….. 23
3-2-4 مخزن آرام کننده جریان……………………………………………………………………. 24
3-2-5 مدل سازه ترکیبی سرریز – دریچه………………………………………………………. 24
3-3 آنالیز ابعادی…………………………………………………………………………………. 25
3-4 شبیهسازی عددی………………………………………………………………………… 27
3-4-1 معرفی نرمافزار Flow3D…………………………………………………………………..
3-4-2 معادلات حاکم………………………………………………………………………….. 32
3-4-3 مدلهای آشفتگی…………………………………………………………………….. 33
3-4-3-1 مدلهای صفر معادلهای………………………………………………………. 35
3 -4-3-2 مدلهای یک معادلهای……………………………………………………….. 35
3-4-3-3 مدلهای دو معادلهای………………………………………………………….. 36
3-4-3-4 مدلهای دارای معادله تنش………………………………………………………. 36
3-4-4 شبیهسازی عددی مدل……………………………………………………………. 37
3-4-4-1 ترسیم هندسه مدل……………………………………………………………. 38
3-4-4-2 شبکه بندی حل معادلات جریان…………………………………………………. 38
3-4-4-3 شرایط مرزی کانال……………………………………………………………… 40
3-4-4-4 خصوصیات فیزیکی مدل……………………………………………………. 41
3-4-4- 5 شرایط اولیه جریان……………………………………………………………… 43
3-4-4-6 زمان اجرای مدل……………………………………………………………….. 43
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1 مقدمه………………………………………………………………………………. 46
4-2 شبیهسازی هیدرولیک جریان در حالت کف صلب………………………………… 46
4-2-1 واسنجی نرمافزار……………………………………………………………….. 46
4-2-1-1 ارزیابی نرمافزارپ…………………………………………………………….. 48
4-2-1-2 بررسی تأثیر انقباض جانبی سازه ترکیبی سرریز – دریچه بر هیدرولیک جریان….. 54
4-3 شبیهسازی آبشستگی پاییندست جریان…………………………………………. 59
4-3-1 واسنجی نرمافزار……………………………………………………………………. 59
4-3-1-1 ارزیابی نتایج نرمافزار………………………………………………………………… 61
فصل پنجم: پیشنهادها
5-1 مقدمه……………………………………………………………………………………….. 70
5-2 نتیجهگیری…………………………………………………………………………………… 70
5-3 پیشنهادها…………………………………………………………………………………. 71
منابع…………………………………………………………………………………………… 74
چکیده:
در سازههای ترکیبی سرریز- دریچه، تداخل جریان از زیر دریچه و روی سرریز باعث اختلاط شدید در جریان و تغییر در توزیع تنش‌های برشی کف میشود. از این‌رو شبیهسازی عددی الگوی جریان 
عبوری از این سازهها بسیار پیچیده است. هدف اصلی از این تحقیق، شبیهسازی عددی هیدرولیک جریان و آبشستگی در پاییندست جریان ترکیبی همزمان از روی سرریز و زیر دریچه با استفاده از نرمافزار Flow3D است. نرمافزارFlow3D یک نرمافزار قوی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی است که برای حل مسائل با هندسه پیچیده مورد استفاده قرار میگیرد. این مدل برای شبیه سازی جریانهای سطح آزاد سهبعدی غیر ماندگار با هندسه پیچیده کاربرد فراوانی دارد. در این تحقیق مدلسازی در حالت کف صلب و کف متحرک انجام شد و برای واسنجی و صحتسنجی این نرمافزار به منظور تخمین پارامترهای جریان در سازههای ترکیبی، از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته در این تحقیق استفاده شد. به منظور شبیهسازی پروفیل سطح آب از روش VOF استفاده شد. همچنین برای شبیهسازی آبشستگی جریان از مدلهای مختلف آشفتگی مانند RNG k-ɛ، k-ɛ و LES بهره گرفته شد. پس از اطمینان از دقت مدل و با انتگرالگیریهای پروفیلهای سرعت روی سرریز و زیر دریچه، میزان دبی عبوری از روی سرریز و زیر دریچه تعیین شد. سپس با انجام آنالیز ابعادی، نسبت دبی عبوی از روی سرریز به زیر دریچه، تابعی از عدد فرود (Fr)، نسبت عمق بالادست سازه به بازشدگی زیر دریچه () و هد آب روی سرریز به طول سازه () گردید. مقایسه نتایج مدلسازی در حالت کف متحرک با نتایج آزمایشگاهی نشان میدهد که مدل از قابلیت بالایی جهت شبیهسازی الگو و میزان آبشستگی برخوردار است.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
یکی از عمده‌ترین مشکلات سازههایی از قبیل سرریزها، دریچهها و حوضچه‌های آرامش که در بالادست بسترهای فرسایش‌پذیر قرار دارند، آبشستگی در مجاورت سازه است که علاوه‌بر تأثیر مستقیم بر پایداری سازه، ممکن است باعث تغییر مشخصات جریان و در نتیجه تغییر در پارامترهای طراحی سازه شود. به دلیل پیچیدگی موضوع، اکثر محققین آن را به صورت آزمایشگاهی بررسی کردهاند که با وجود تمام دستآوردهای مهمی که تاکنون در زمینه آبشستگی موضعی حاصل گردیده است، هنوز هم شواهد زیادی از آبشستگی گسترده در پایاب دریچهها، سرریزها، شیب‌شکن‌ها، کالورت‌ها و مجاورت پایه‌های پل دیده میشود که میتواند پایداری این سازهها را با خطرات جدی مواجه کند.
پدیده آبشستگی زمانی اتفاق می‌افتد که تنش برشی جریان آب عبوری از آبراهه، از میزان بحرانی شروع حرکت ذرات بستر بیشتر شود. تحقیقات نشان داده است که عوامل بسیار زیادی بر آبشستگی در پاییندست سازه تأثیرگذار هستند که از جمله آنها می‌توان به اندازه و دانه‌بندی رسوبات، عمق پایاب، عدد فرود ذره، هندسه سازه و … اشاره کرد (کوتی و ین[1] (1976)، بالاچاندار[2] و همکاران (2000)، کلز[3] و همکاران (2001)، لیم و یو[4] (2002)، فروک[5] و همکاران (2006)، دی و سارکار[6] (2006) و ساراتی[7] و همکاران (2008)).
دریچه ها و سرریزها به طور گسترده به منظور کنترل، تنظیم جریان و تثبیت کف، در کانالهای باز مورد استفاده قرار میگیرند. بر اثر جریان ناشی از جت عبوری از رو یا زیر سازهها، امکان ایجاد حفره آبشستگی در پاییندست سازهها وجود دارد که ممکن است پایداری سازه را به خطر اندازد؛ بنابراین تعیین مشخصات حفره آبشستگی مورد توجه محققین هیدرولیک جریان قرار گرفته است.
به منظور افزایش بهره‌وری از سازههای پرکاربرد سرریزها و دریچهها، می‌توان آنها را با هم ترکیب نمود به‌طوری‌که در یک زمان آب بتواند هم از روی سرریز و هم از زیر دریچه عبور نماید. با ترکیب سرریز و دریچه می‌توان دو مشکل عمده و اساسی رسوب‌گذاری در پشت سرریزها و تجمع رسوب و مواد زائد در پشت دریچهها را رفع نمود. در سازه ترکیبی سرریز- دریچه، شرایط هیدرولیکی جدیدی حاکم خواهد شد که با شرایط هیدرولیکی هر کدام از این دو سازه به‌تنهایی متفاوت است.
2-1- تعاریف
1-2-1- سرریزها
یکی از سازههای مهم هر سد را سرریزها تشکیل میدهند که برای عبور آب اضافی و سیلاب از سراب به پایاب سدها، کنترل سطح آب، توزیع آب و اندازهگیری دبی جریان در کانالها مورداستفاده قرار میگیرد. با توجه به حساس بودن کاری که سرریزها انجام میدهند، باید سازهای قوی، مطمئن و با راندمان بالا انتخاب شود که هر لحظه بتواند برای بهرهبرداری آمادگی داشته باشد.
معمولاً سرریزها را بر حسب مهمترین مشخصه آنها تقسیمبندی میکنند. این مشخصه میتواند در رابطه با سازه کنترل و کانال تخلیه باشد. بر حسب اینکه سرریز مجهز به دریچه و یا فاقد آن باشد به ترتیب با نام سرریزهای کنترلدار و یا سرریزهای بدون کنترل شناخته میشوند.
2-2-1- دریچه ها
دریچهها سازههایی هستند که از فلزات، مواد پلاستیکی و شیمیایی و یا از چوب ساخته میشوند. از دریچهها به منظور قطع و وصل و یا کنترل جریان در مجاری عبور آب استفاده میشود و از لحاظ ساختمان به گونهای میباشند که در حالت بازشدگی کامل عضو مسدود کننده کاملاً از مسیر جریان خارج میگردد.
دریچه ها در سدهای انحرافی و شبکههای آبیاری و زهکشی کاربرد فراوان دارند. همچنین برای تخلیه آب مازاد کانالها، مخازن و پشت سدها به کار میروند (نواک[1] و همکاران، 2004).
دریچه ها به صورت زیر دستهبندی میشوند:
بر اساس محل قرارگیری: دریچههای سطحی و دریچههای تحتانی. دریچه سطحی تحت فشار کم و دریچه تحتانی تحت فشار زیاد قرار میگیرند.
بر اساس کاری که انجام میدهند: دریچههای اصلی، تعمیراتی و اضطراری. دریچه اصلی به طور دائم مورد بهرهبرداری قرار میگیرند. برای تعمیرات از دریچه تعمیراتی و در زمان حوادث از دریچه اضطراری استفاده میشود.
بر اساس مصالح بدنه: دریچههای فولادی، آلومینیومی، بتنی مسلح، چوبی و پلاستیکی. دریچه فولادی به خاطر استقامت زیاد به صورت وسیع مورد استفاده قرار میگیرد.
بر اساس نوع بهرهبرداری: دریچه های تنظیم کننده دبی و دریچههای کنترلکننده سطح آب
بر اساس مکانیزم حرکت: دریچه های خودکار، هیدرولیکی، مکانیکی، برقی و دستی. دریچه خودکار بر اساس نیروی شناوری و وزن دریچه و بدون دخالت انسان کار میکند. دریچه هیدرولیکی بر اساس قانون پاسکال عمل مینماید. دریچه برقی از دستگاههای برقی، دریچه مکانیکی با استفاده از قانون نیرو و بازو و بالاخره دریچه دستی به صورت ساده با
