شبیه‌سازی عددی انتشار موج ناشی از شکست سد به صورت دو بعدی قائم

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی قم

2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه

چکیده

شکست سد همواره به عنوان یک حادثه با مخاطرات فوق­العاده تلقی شده و مطالعه آن در تحقیقات دانشگاهی، برنامه­ریزی دولت و سرمایه­گذاری در پایاب سدها اهمیت به سزایی دارد. در این مقاله، شکست سد و انتشار موج ناشی از آن با استفاده از روش عددی حجم محدود به صورت دو بعدی قائم شبیه­سازی شده و نتایج حاصل از مدل­سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفته است. مدل­سازی عددی شکست سد در دو حالت بستر خشک و بستر مرطوب و بر اساس اندازه­های مختلف شبکه­بندی، مدل­های مختلف آشفتگی شامل  k-e Standard، k-e RNG، k-e Realizable، RSM و ωk-، طرح­های پیشرو مرتبه اول، پیشرو مرتبه دوم، Quick و Power Law انجام شده و پس از آزمون صحت و دقت مدل، برای شیب­های بستر 0 ، %1 و %2 و زبری­های مختلف بستر شامل 009/0، 015/0، 0185/0، 0198/0 مدل­سازی و نتایج حاصل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته­اند. نتایج نشان دادند که مدل عددی مورد استفاده، توانایی شبیه­سازی شکست سد را در دو حالت بستر خشک و بستر مرطوب داشته و نتایج قابل قبولی را ارائه می­نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical 2D Vertical Simulation of Wave Propagation Due to Dam Break

نویسندگان [English]

  • Bayram Ali Mohammadnezhad 1
  • Mohammad Ebrahim Fatemi Kia 2
  • Javad Behmanesh 2
  • Majid Montaseri 2
1 Faculty of Engineering and Technology, Civil Engineering Department, Qom University of Technology
2 Department of Water Engineering, University of Urmia

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dam break
  • Numerical simulation
  • Wave
  • FLUENT software
[1]        Ritter, A, "Die Fortpflanzung de Wasserwellen", ZeitschriftVerein Deutscher Ingenieure, 1892, 36 (33), 947-954 (In German).
[2]        Dressler, R. F., "Hydraulic Resistance Effect upon the Dambreak Functions", Journal of Research National Bureau of Standards, 1952, 49 (3), 217-225.
[3]        Stoker, R. F., "Water Waves: the Mathematical Theory with Applications", Interscience Publishers, Inc., New York, 1957.
[4]        Bellos, C. V., Soulis, J. V., Sakkas, J. G., "Computation of Two-Dimensional Dam-Break Induced Flows", Advances in Water Resources, 1991, 14 (1), 31-41.
[5]     حسن­زاده، ی.، " بررسی انتشار امواج ناشی از شکست سد"، نشریه دانشکده فنی دانشگاه تهران، 1370، 51، 41-48.
[6]        Zhang, H., Hassanzadeh, Y., Long, N. D., Kahawita, R., "A 1-D Numerical Model Applied to Dam-Break Flows on Dry beds", Journal of Hydraulic Research, 1992, 30 (2), 211-224.
[7]        Hassanzadeh, Y., "Rapidly Varied Unsteady Flow in a Small-Scale Dry Bed Model", International Journal of Engineering, 1997, 10 (1), 1-10.
[8]        Tawatchai, T., Rattanapitikon, W., "2-D Modelling of Dam Break Wave Propagation on Initially Dry Bed", International Journal of Science Technology, 1999, 4 (3), 28-37.
[9]     حسن­زاده، ی.، رنجبری، ع.، خجسته، ر. ع.، "بررسی اثرات شیب بستر در در روند تحلیل مسأله شکست سد"، مجله دانشکده فنی دانشگاه تبریز، 1382، 33،
1-9.
[10]     Zhou, J. G., Causon, D. M., Mingham, C. G., Ingram, D. M., "Numerical Prediction of Dam-Break Flows in General Geometries with Complex Bed Topography", ASCE Journal of Hydraulic Engineering, 2004, (130), 332-340.
[11]     Paster, M., Quecedo, M., "Comparison of Two Mathematical Models for Solving the Dam Break Problem using the FEM Method", Computer Methods in Applied Mechanics Engineering, 2004, 194, 3984-4005.
[12]     Mambretti, S., Larcan, E., Wrachien, D., "1D Modelling of Dam-Break Surges with Floating Debris", Journal of Biosystem Engineering, 2008, 100, 297-308.
[13]      حسن­زاده، ی.، نورانی، و.، سپهریف، و.، دل­افروز، ه.، الماسپور، ف.، "مدل­سازی شکافت و شکست احتمالی سد ونیار تحت سناریوهای روگذری جریان و رگاب"، هشمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه، دانشگاه شهید چمران، اهواز، 1388.
[14]     Roshandel, A., Hedayat, N., Kiamanesh, H., "Simulation of Dam Break using Finite Volume Method", World Academy of Science, Engineering and Technology, 2010, 47, 11-26.
[15]     Biscarini, C., Francesco, S. D., Manciola, P., "CFD Modelling Approach for Dam Break Flow Studies", Hydrology and Earth System Sciences, 2010, 14, 705-718.
[16]     Singh., J., Mustafa, Altinakar, M. S., Ding, Y., "Two-Dimensional Numerical Modelling of Dam Break Flows over Natural Terrain Using a Central Explicit Scheme", Advances in Water Resources, 2011, 34 (10) 1366-1375.
[17]     Francesco, S., Biscarini, C., "CFD Modelling Approach for Dam Break Flow Studies", Hydrology and Earth System Sciences, 2009, 14, 705-718.
[18]    حسن­زاده، ی.، خجسته، ر. ع.، "بررسی اثرات زبری بستر در سرعت انتشار امواج ناشی از شکست سد در یک مدل هیدرولیکی شیب­دار"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1389، 40 (13)، 1-20.
[19]     Chang, T. J., Kao, H. M., Chang, K. H., Hsu, M. H., "Numerical Simulation of Shallow-Water Dam Break Flows in Open Channels using Smoothed Particle Hydrodynamics", Journal of Hydrology, 2011, 408, 78-90.
[20]     Bellos, V., Hrissanthou, V., "Numerical Simulation of a Dam Break Flood Wave", Journal of European Water, 2011, 33, 45-53.
[21]     Xue, Y., Xu, W. L., Luo, S. J., Chen, H. Y., Li, N. W, Xu, L. J., "Experimental Study of Dam Break Flow in Cascade Reservoirs with Steep Bottom Slope", Journal of Hydrodynamics, 2011, 23 (4), 491-497.
[22]     Chen, Y., Binliang, L., Chunbo, J., Ying, L., "Predicting Near- Field Dam Break Flow and Impact Force using a 3D Model", Journal of Hydraulic Research, 2011, 48 (6), 784-792.
[23]    جوزدانی، آ.، کبیری سامانی، ع.، "کاربرد روش پردازش تصاویر در تحلیل رفتار سیلاب ناشی از شکست سد"، نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 1389.
[24]     Khankandi, A. F., Tahershamsi, A., Soares-Frazao, S., "Experimental Investigation of Reservoir Geometry Effect on Dam-Break flow", Journal of Hydraulic Research, 2012, 50 (4), 376-387.
[25]     Fluent Inc., "Fluent 6.3 Users and Tutorial Guide Manual", USA, 2006.