Three-dimensional numerical simulation of flow in converging non-prismatic compound channels with emphasis on geometry and hydraulic parameters effects

پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری محاسبات عددی، امکان انجام تحلیل‌های عددی جریان در کانال‌های باز را با جزئیات بیشتر در حالت سه بعدی فراهم کرده و امروزه بسیاری از مسائل مرتبط با این کانال‌ها از طریق مدل‌های شبیه‌سازی دو بعدی و سه بعدی به‌صورت مؤثر قابل‌حل هستند. مقاطع هیدرولیکی مرکب، که از ترکیب کانال اصلی و سیلاب‌دشت تشکیل شده‌اند، به دلیل پیچیدگی‌های ناشی از خصوصیات جریان در این گونه کانال‌ها و تعاملات پویای هیدرولیکی بین این دو بخش، نیازمند استفاده از مدل‌های عددی سه‌بعدی برای تحلیل جامع رفتار جریان هستند. در این مطالعه، تمرکز اصلی بر مدل عددی سه‌بعدی Flow3D با شبکه‌بندی کارتزین بوده که برای شبیه‌سازی جریان در کانال‌های مرکب غیرمنشوری با سیلاب‌دشت‌های همگرا به‌کار گرفته شده است؛ همچنین مقایسه‌ای با مدل Fluent با شبکه‌بندی منحنی‌خطی انجام شده است. برای ارزیابی دقت مدل‌ها، مقادیر ضریب تعیین (R²) بین نتایج عددی و داده‌های آزمایشگاهی محاسبه شد که در تمامی حالات برای هر دو مدل بالای 96/0 به‌دست آمد؛ نتایج این مدل‌ها با داده‌های آزمایشگاهی معتبر، حاصل از تحقیقات در دانشگاه کاتولیک لوون بلژیک، مورد اعتبارسنجی قرار گرفته‌اند. نحوه شبکه‌بندی کناره‌های اریب کانال در Flow3D با مش‌بندی کارتزین، دقت بالایی در بازسازی پروفیل سطح آب، توزیع سرعت میانگین‌گیری‌شده در عمق، و میدان سرعت نشان داد، اگرچه تأثیر نوع مش‌بندی بر پروفیل سطح آب و توزیع سرعت میانگین‌گیری‌شده محدود بود، اما در شبیه‌سازی میدان سرعت، به‌ویژه در نواحی مرزی، برتری قابل‌توجهی نسبت به روش منحنی‌خطی داشت. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که زاویه همگرایی بیشترین اثر را بر کاهش سطح آب داشته، در حالی‌که عمق نسبی و دبی، به‌ترتیب نقش کلیدی در انتقال مومنتوم و سرعت جریان ایفا می‌کنند.