Using 3D numerical simulation for investigation of hydrodynamic domain of flow induced by dam break

Asadpour Ardabili, Alireza (2018) Using 3D numerical simulation for investigation of hydrodynamic domain of flow induced by dam break. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img]
Preview
Text (استفاده از مدل سازی عددی سه بعدی برای بررسی هیدرودینامیک جریان ناشی از شکست‌ سد)
Alireza Asadpour Ardabili.pdf

Download (1MB) | Preview
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

The sudden collapse of a dam behind which huge amounts of water are stored causes financial losses to downstream installations such as power plants, residential areas, urban and agricultural facilities, and so on. In the event that residential areas are located in the downstream, the loss of lives will occur in addition to financial damages. The purpose of this study is 3D numerical investigation of the effect of the reservoir geometric shape of the plan, reservoir’s slope and also the reservoir side slopes on the model as well as the flood wave fluctuates due to dam break. In the all simulations, the downstream bed conditions are considered as dry or wet. The modeling is carried out in 3D mode using Flow3D software with best mesh size and appropriate the RNG turbulence model. In the first part of the research, six geometric shapes of the reservoir and their impact on flow Characteristics, flow pattern and flood wave propagation have been investigated in more details. In the second part of the research, the simultaneous effect of reservoir geometric shape on the plan and the reservoir side slopes on dam-break hydrographs and water levels was investigated numerical methods. Four geometric shapes of the reservoir with 3 different side angles of 30, 45 and 60 degrees are considered. In the last part, the simultaneous effect of reservoir geometric shape on the plan and its slope on the model as well as the flood wave fluctuates due to dam break. Two geometric shapes of the reservoir with reservoir bottom slopes of 0%, 2%, 3.5% and 5% are used in the modeling. After analyzing the extracted data from the software output for the positive wave profile due to the failure of the dam, it was concluded that in long and L-shaped reservoirs, the wave formed is smooth and moves down the bottom without forming a fungal jet. In a wide and trapezoidal reservoir due to cross-waves, changes in the surface of the water are oscillating and these fluctuations continue until the end of the flume. The pattern of flow in the inside points of the reservoir is different for each case in which the wall of the reservoir is vertical or inclined. When the wall is vertical, a negative wave is created inside the reservoir, while in the remaining cases, two negative waves are created which extend over the slope of the reservoir wall, and these two waves reach each other in the central location of the reservoir. In the wide reservoir, the level of water in the downstream and upstream of the dam does not differ significantly with the increase of the reservoir’s slope, but the fluctuations of the water level in the wide reservoir are observed at all slopes.The reason for this fluctuation can be due to the shape of the reservoir. Keywords: Dam break, 3D simulation, , Flow3D, reservoir geometric shape, reservoir’s slope, reservoir side slope

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: استفاده از مدل سازی عددی سه بعدی برای بررسی هیدرودینامیک جریان ناشی از شکست‌ سد
Persian Abstract: فرو ریختن ناگهانی یک سد که در پشت آن مقادیر عظیمی آب نگهداری می‌شود، باعث می‌گردد که به تاسیسات پایین‌دست از قبیل نیروگاه‌ها، مناطق مسکونی، تاسیسات شهری و تاسیسات کشاورزی و غیره خسارات مالی وارد شود. در صورتیکه در پایین‌دست سد، مناطق مسکونی وجود داشته باشد، علاوه بر خسارات مالی، خسارات جانی نیز به بار می‌آید. در این تحقیق، بررسی تاثیر شکل هندسی مخازن، شیب کف مخزن و شیب دیواره کناری مخزن بر روی جریان‌های ناشی از شکست سد با استفاده از مدل‌سازی سه بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. در مدل سازیها بستر پایین‌دست دریچه بصورت خشك و تر در نظر گرفته شده است. با توجه به اهداف مورد‌نظر در این تحقیق، با به کارگیری نرم‌افزار Flow3D و مطالعۀ انواع مدل‌های آشفتگی آن، بهترین مدل آشفتگی در کنار اعمال بهترین مش‌بندی انتخاب شد. بدین صورت که مدل آشفتگی RNG به عنوان بهترین مدل آشفتگی در مدل‌سازی پدیده شکست سد انتخاب شد. در قسمت اول تحقیق، شش شکل هندسی مخزن مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر آنها بر مشخصات جریان، الگو و چگونگی حرکت موج سیلابی ناشی از آنها به تفصیل بیان شده‌است. در قسمت دوم تاثير همزمان شكل هندسي مخزن در پلان و شیب دیواره آن بر روي الگو و چگونگی حرکت موج سیلابی ناشی از شکست سد مورد بررسی بیشتر قرار گرفته است. چهار شکل هندسی مخزن با 3 زاویه کناری 30، 45 و 60 درجه در نظر گرفته شده است. در قسمت آخر تاثیر همزمان شکل هندسی مخزن در پلان و شیب کف آن بر روي الگو و چگونگی حرکت موج سیلابی ناشی از شکست سد به تفصیل مورد مقایسه قرار گرفته‌است. در این حالت دو شکل هندسی مخزن همراه با سه شیب کف 2%، 5/3% و 5% در نظر گرفته شده‌است. پس از تجزیه و تحلیل داده‌های استخراج شده از خروجی نرم‌افزار برای پروفیل موج مثبت حاصل از شکست سد، چنین نتیجه گرفته‌ شد که در مخازن طویل و L شکل، موج شکل گرفته حالت هموار دارد و بدون تشکیل جت قارچی شکل به سمت پایین‌دست حرکت می‌کند. در‌مخازن عریض و ذوزنقه‌ای بدلیل ایجاد امواج متقاطع (Cross Waves)، تغییرات سطح آب به صورت نوسانی بوده و این نوسانات تا انتهای فلوم ادامه پیدا می‌کند. الگوی جریان در نقاط داخلی مخزن برای حالتی که دیواره مخزن قائم و یا شیب دار باشد، با یکدیگر متفاوت است. زمانی که دیواره قائم باشد، یک موج منفی در داخل مخزن ایجاد می‌شود درحالیکه در بقیه موارد، دو موج منفی ایجاد می‌شود که بر روی شیب دیواره مخزن گسترش می‌یابند و این دو موج در محل خط مرکزی مخزن به یکدیگر می‌رسند. این برخورد باعث ایجاد نوسانات در کانال پایین‌دست می‌شود. در مخزن عریض با افزایش شیب کف مخزن، تراز سطح آب در پایین‌دست و بالادست سد تفاوت چندانی نمی‌کند ولی نوسانات شدید سطح آب در مخزن عریض در تمامی شیب‌ها در پایین‌دست دریچه مشاهده می‌شود. دلیل این نوسانات می‌تواند ناشی از شکل مخزن باشد. چون پس از باز شدن ناگهانی دریچه امواجی از نوع (Surge) ایجاد می‌شود، درحالیکه در مخزن طویل این نوع امواج در طول مخزن مستهلک می‌شوند. كليد واژه¬ها: شکست سد، مدلسازی سه بعدی،Flow3D ، شکل مخزن، شیب کف مخزن، شیب دیواره کناری مخزن
Supervisor:
SupervisorE-mail
Feizi, AtabakUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Abitorabi, MasoudUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Faculty of Engineering > Department of Civil Engineering
Date Deposited: 06 Oct 2018 08:19
Last Modified: 06 Oct 2018 08:19
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/376

Actions (login required)

View Item View Item