Numerical Simulation of 3D Flow Structure at Confluence of Curved Rivers

Forghanparast, Farhang and Safarzadeh, Akbar and Kanooni, Amin (2015) Numerical Simulation of 3D Flow Structure at Confluence of Curved Rivers. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text
Farhang Forghanparast.pdf

Download (927kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Confluence zones in rivers have been attracting a lot of attention due to their importance from different perspectives. Using numerical models for investigating river confluences has not been going on for a long time and there are still a lot to be discovered in this field. This research is attempting to reach a better understanding of flow structure at confluence of curved rivers and meander bends. The present research was conducted in multiple stages. Firstly, the turbulent flow pattern at the perpendicular confluence zone of two straight rivers has been simulated by two and three dimensional numerical models using FLUENT software package. Numerical results of this simulation have been compared with experimental measurements conducted by Schumate and Weber (1998). Secondly, the flow pattern at a meander and then at the perpendicular confluence zone of a meander river and a straight river has been simulated by three dimensional numerical models using FLUENT software package. Numerical results of these simulations have been compared with experimental measurements conducted by Roberts (2004). Finally, through extensive knowledge of flow patterns at the confluence zone of meander and straight rivers, a new simulation has been conducted in which a perpendicular confluence between two straight rivers is simulated according to the hydraulic and geometrical conditions of Roberts’ simulations in a way that the only difference between this simulation and the previous one would be the meander structure of the upstream main channel. Comparing the results of these two late simulations provides a chance for the further investigation of river confluence zones and effects of meander channel on flow patterns at such confluences. The results demonstrate that the numerical models has predicted velocity zones and borders, dimensions of separation zones and flow patterns of confluence zones with sufficient accuracy and these validated models can be used to study different parameters of river confluence zones. According to the investigations, by flowing through a meander path, the main flow will import secondary flows to the confluence zone which will affect flow patterns considerably. For instance, the length of the downstream separation zone is smaller and its width is larger at the perpendicular confluence zone of a meander river and a straight river in comparison with the same parameters at the perpendicular confluence between two straight rivers. It can also be derived from the numerical results that discharge rate and presence of a dominant flow have crucial effects on different parameters of the confluence zone such as orientation of velocity vectors, dimensions of separation zones, streamlines and flow patterns.

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: شبیه سازی ساختار سه بعدی جریان در تلاقی رودخانه‌های قوسی
Persian Abstract: چكيده: در این پژوهش، با استفاده از مدل عددی FLUENT، ابتدا الگوی جریان آشفته در محل تلاقی دو رودخانه با زاویه اتصال 90 درجه، به صورت دو بعدی و سه بعدی مدلسازی شده و صحت نتایج به دست آمده با داده‌های آزمایشگاهی وبر و شومیت در سال 1998 بررسی شده است. سپس با استفاده از مدل عددی FLUENT، الگوی جریان در یک کانال مارپیچ و هم چنین در محل تلاقی یک رودخانه مارپیچ با یک رودخانه مستقیم با زاویه اتصال 90 درجه، به صورت سه بعدی مدلسازی شده و صحت نتایج این مدلسازی‌هابا نتایج به دست آمده توسط رابرتز در سال 2004 بررسی شده است. با شناختی جامع از الگوی جریان در تلاقی رودخانه‌های مستقیم و قوسی، یک مدلسازی جدید برای تلاقی 90 درجه سه بعدی بین دو کانال مستقیم انجام شده است و در آن از شرایط آزمایش رابرتز طوری استفاده شده که تنها تفاوت میان دو مدل، مارپیچ بودن جریان بالادست تلاقی باشد. با استفاده از نتایج به دست آمده از مدلسازی‌های اخیر به بررسی تاثیر عبور جریان بالادست تلاقی از یک مسیر مارپیچ و نسبت دبی کانال اصلی به فرعی بر جزئیات ساختار میدان تلاقی پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهند که مدل‌های عددی، توزیع سرعت در داخل میدان، ابعاد ناحیه جداشدگی و خطوط جریان را به خوبی پیش بینی می‌کنند. با توجه به بررسی‌ها، عبور جریان اصلی از یک مسیر مارپیچ در بالادست تلاقی باعث وارد شدن جریان‌های ثانویه ای به میدان تلاقی می‌شود که بر جزئیات گوناگون میدان تاثیرگزارند. برای نمونه، در شبیه سازی تلاقی رودخانه‌های مارپیچ و مستقیم، طول ناحیه جدایی پایین دست تلاقی کمتر و عرض آن بیشتر از مقدار پارامتر مشابه در شبیه سازی نظیر در تلاقی دو رودخانه مستقیم است. هم چنین تغییرات نسبت دبی جریان‌های اصلی و فرعی و تغییر نقش جریان غالب، تاثیرات اساسی بر جزئیات میدان تلاقی اعم از بردارهای سرعت، کیفیت و کمیت نواحی جدایی، تغییرات خطوط جریان و... می‌گذارد.
Supervisor:
SupervisorE-mail
Safarzadeh, AkbarUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Kanooni, AminUNSPECIFIED
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: 23 Nov 2018 08:11
Last Modified: 23 Nov 2018 08:11
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/2059

Actions (login required)

View Item View Item