شبیه سازی عددی جریان ناماندگار ناشی از شکست سد به کمک الگوی شار متوسط وزن دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری/ بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

2 استاد / بخش مهندسی راه، ساختمان و محیط زیست، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

چکیده

موج ناشی از شکست سد پدیده‌ای است که در اثر رها شدن ناگهانی آب در یک آبراهه بوجود می‌آید. با هدف بررسی این موضوع از دیدگاهی عددی، در نوشتار پیش روی یک مدل حجم محدود مبتنی بر معادلات آب کم عمق ارائه می‌گردد که در آن از الگوی عددی شار متوسط وزن دار برای تخمین شار بین سلولی استفاده شده است. این الگوی عددی دارای خاصیت تسخیر شوک بوده و برای شبیه سازی انتشار امواج بر روی بستر خشک به تمهید خاصی نیاز ندارد. با ارائه نیمرخ سطح آزاد جریان برای حالات مورد مطالعه، مراحل مختلف انتشار امواج مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت. همچنین با طرح چندین آزمون محاسباتی و مقایسه نتایج عددی با حل تحلیلی و یا داده‌های موجود آزمایشگاهی، کارآیی مدل ارائه شده در شبیه سازی جریان ناماندگار ناشی از شکست سد به اثبات ‌رسید. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Unsteady Dam Break Flow Using Weighted Average Flux Scheme

نویسندگان [English]

  • A Mahdavi 1
  • G. R Rakhshandehroo 2
1 Ph.D. candidate, Department of Civil and Environmental Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Dam break wave is a phenomenon resulting from sudden release of water in a channel. Aiming at a numerical study on such waves, this paper presents a finite volume model based on shallow water equations which utilizes the Weighted Average Flux (WAF) scheme to estimate inter-cell numerical fluxes.  The model has a shock capturing feature, and requires no special treatment to handle waves propagating over dry beds. Different stages of wave propagation were analyzed by offering free surface profiles for the cases studied. Furthermore, several computational tests, including comparison with the existing analytical solution as well as experimental data, are provided to confirm the performance of the model in simulating unsteady flow due to the dam break. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • Dam Break
  • shallow water equations
  • Shock capturing feature
  • Weighted average flux

مراجع

Aureli, F., Mignosa, P., and Tomirotti, M. (2000), “Numerical simulation and experimental verification of dam-break flows with shocks.” Journal of Hydraulic Research, 38(3), pp. 197–205.
Bellos, C.V., and Sakkas, J. G. (1987), “Dam break flood wave propagation on dry bed.” Journal of Hydraulic Engineering, 113(12), pp. 1510–1524.
Ferreiro Ferreiro, A.M. (2002), “Resolución y validación experimental del modelo de aguas poco profundas unidimensional incluyendo áreas secas.” Supervised research, University of Santiago de Compostela, Spain. (in Spanish)
Gottardi, G., and Venutelli, M. (2003), “Central schemes for open-channel flow.” International Journal for Numerical Methods in Fluids, 41, pp. 841–861.
Henderson, F.M. (1966), Open Channel Flow. Prentice-Hall, New Jersey, USA.
Hsu, C-T, and Yeh, K-C. (2002), “Iterative explicit simulation of 1D surges and dam-break flows.” International Journal for Numerical Methods in Fluids, 38, pp. 647–675.
Li, Y., and Raichlen, F. (2002), “Non-breaking and breaking solitary wave run-up.” Journal of Fluid Mechanics, 456, pp. 295–318.
Macchione, F., and Morelli, M.A. (2003), “Practical aspects in comparing shock capturing schemes for dam break problems.” Journal of Hydraulic Engineering, 129(3), pp. 187–195.
Mahdavi, A., and Talebbeydokhti, N. (2009), “Modeling of non-breaking and breaking solitary wave run-up using FORCE-MUSCL scheme.” Journal of Hydraulic Research, 47(4), pp. 476–485.
Mahdavi, A., and Talebbeydokhti, N. (2011), “Modeling of non-breaking and breaking solitary wave run-up using shock-capturing TVD-WAF scheme.” KSCE Journal of Civil Engineering, 15(6), pp. 945–955.
Toro, E.F. (1992), “Riemann problems and the WAF method for solving the two-dimensional shallow water equations.” Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A; 338, pp. 43–68.
Toro, E.F. (2001), Shock-Capturing Methods for Free-Surface Shallow Flows. Wiley, Chichester, UK.
Wang, J.S., Ni, H.G., and He, Y.S. (2000), “Finite-difference TVD scheme for computation of dam-break problems. Journal of Hydraulic Engineering, 126(4), pp. 253–262.
Zhou X., Hon Y.C., and Cheung K.F. (2004), “A grid-free nonlinear shallow water model with moving boundary.” Engineering Analysis with Boundary Elements, 28, pp. 967–973.
Zoppou, C., and Roberts, S. (2003), “Explicit schemes for dam-break simulations.” Journal of Hydraulic Engineering, 129(1), pp. 11–34.
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 23 آبان 1389
  • تاریخ پذیرش: 03 خرداد 1391
  • تاریخ اولین انتشار: 01 تیر 1391

اشتراک گذاری

ارجاع به این مقاله

آمار