جریان های غلیظ هرگاه به یک توده سیال سبک تر برخورد نمایند، یک ناحیه غوطه وری را ایجاد می کنند. با توجه به این که در ارتفاع غوطه وری مرز بین سیال غلیظ با سیال پیرامون در محل نقطه غوطه وری مشخص می گردد، برآورد این نقطه از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این تحقیق پارامترهای هیدرولیکی جریان غلیظ و همچنین شیب بستر سیال ساکن که بر نقطه غوطه وری می گذارند، بررسی شده است. برای نیل به اهداف این تحقیق ابتدا یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران ساخته شد و آزمایش های مختلف در آن انجام گردید. در همه آزمایش ها ارتفاع غوطه وری در دبی های مختلف از سیال غلیظ و تفاوت دانسیته 6، 9، 13 و 16 گیلوگرم بر مترمکعب برای سه شیب 8، 12 و 16 درصد اندازه گیری شد. سپس با استفاده از مدل Flow- 3D تحت شرایط مدل تلاطمی RNG ارتفاع نقطه غوطه وری برای شرایط آزمایشگاهی موجود شبیه سازی شد. بررسی مقایسه ای نشان داد که عمق غوطه وری برآورد شده با استفاده از Flow- 3D تحت شرایط مدل تلاطمی RNG در مقایسه با داده های مشاهداتی در آزمایشگاه از دقت مناسبی برخوردار می باشند به گونه ای که به طور متوسط برای شیب 8 درصد مدل ریاضی حدود 14 درصد نتایج را بیشتر پیش بینی می نماید و این در حالی است که برای کلیه شیب ها به طور متوسط نتایج حاصل از مدل تلاطمی RNG 10.5 درصد بیشتر از مقادیر اندازه گیری شده می باشد.

در این مقاله یک بررسی تجربی روی فرایند اختلاط نزدیک مرز چگالی (بین شور و شیرین) در آزمایشگاه صورت گرفته است. نتایج عمدتا شامل مشاهده مستقیم سرعت پدیده درون آمیختگی و ساختار تلاطم است. همچنین با استفاده از دو شوری سنج الکتریکی دقیق با پاسخ مطلوب، پارامترهای تلاطم نزدیک مرز، ازجمله شدت تلاطم، مقیاس های پیچک های تلاطمی و طیف تلاطم اندازه گیری شده اند. نتایج نشان می دهد که با افزایش، ساختارهای پیچکی تلاطم نزدیک مرز چگالی به شدت تغییر شکل می دهد و به ویژه درهای زیاد، مقدار قابل ملاحظه ای از انرژی تلاطم، صرف ایجاد امواج درونی می شود. تغییرات درون آمیختگی به بستگی دارد که با نتایج دیگران همخوانی خوبی دارد. در حالتی که لایه پایین مرز دارای چینه بندی چگالی خطی است، این وابستگی به صورت است که احتمالا به انتقال بخشی از انرژی تلاطم به صورت امواج درونی به پایین مرز، مربوط می شود. در این حالت آهنگ درون آمیختگی با زمان نیز، یکنواخت نیست که این خود یکی دیگر از نکاتی است که تاکنون به آن نپرداخته اند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

نقطه غوطه وری هنگامی روی می دهد که در برخورد جریان غلیظ با سیال ساکن، جریان غلیظ به درون سیال ساکن نفوذ کرده باشد. در این تحقیق پارامترهای هیدرولیکی جریان غلیظ و هم چنین شیب بستر سیال ساکن که بر نقطه غوطه وری تاثیر گذار هستند، تحت شرایط دو مدل تلاطمی استاندارد و RNG (که در سراسر متن به اختصار مدل استاندارد و RNG از آنها یاد خواهد شد) با استفاده از مدل Flow-3D مورد بررسی قرار گرفته اند. در این تحقیق ابتدا یک مدل فیزیکی ساخته شد و آزمایش های مختلف- در مجموع 36 آزمایش در آن انجام گردید. سپس با استفاده از مدل Flow-3D ارتفاع نقطه غوطه وری برای شرایط آزمایشگاهی موجود تحت شرایط دو مدل آشفتگی مذکور شبیه سازی شد. بررسی مقایسه ای نشان داد که عمق غوطه وری برآورد شده تحت مدل آشفتگی RNG نسبت به مدل استاندارد، به مقادیر اندازه گیری شده آزمایشگاهی نزدیک تر می باشد. این در حالی است که در شیب 12 درصد مدل RNG مقدار 12.28 درصد و مدل استاندارد حدود 30 درصد نتایج را بیشتر از داده های آزمایشگاهی پیش بینی نموده است. در مجموع برای کلیه شیب ها به طور متوسط نتایج حاصل از مدل تلاطمی RNG، 10.5 درصد و نتایج حاصل از مدل استاندارد 27 درصد بیشتر از مقادیر اندازه گیری شده می باشد. با توجه به بررسی آماری انجام شده مشخص گردید که مدل تلاطمی RNG به طور کلی نتایج ارتفاع غوطه وری را با دقت رضایت بخشی نسبت به مدل استاندارد تخمین می زند.

ساختار جریان در آبگیرها ساختاری سه بعدی و بسیار پیچیده است. بنابراین کاربرد معادلات یک بعدی و دو بعدی در این نوع جریان ها واقعیت جریان را به اندازه کافی بیان نمی کند. در این پژوهش شبیه سازی عددی جریان منشعب شده از یک کانال اصلی به داخل کانال فرعی با زاویه 45 درجه مورد بررسی قرار گرفت و نتایج به دست آمده با مدل آزمایشگاهی مقایسه شد. در این مطالعه از دو مدل محاسباتی RNG K-e, Standard K-e برای مدل سازی عددی جریان متلاطم استفاده گردید و محل جداشدگی، خصوصیات جداشدگی و توزیع سرعت به دست آمده از مدل های عددی با نتایج به دست آمده از داده های آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل  Standard K-eسرعت جریان و ابعاد ناحیه جداشدگی را در دهانه آبگیر بهتر تخمین می زند. علاوه بر این در مدل های عددی و آزمایشگاهی دیده شد که در آبگیرهای 45 درجه محل جداشدگی جریان در پایین دست دهانه آبگیر اتفاق می افتد.

قیمت نفت خام یکی از مهم ترین شاخص های اقتصاد است که سیاست گذاران، تولیدکنندگان، مصرف کنندگان و مشارکت کنندگان در بازار انرژی رفتار آن را رصد می کنند. قیمت نفت مسیر و رفتار خود را با توجه به شرایط اقتصادی تغییر می دهد و به همین دلیل بسیار متلاطم است. دانش پژوهندگان، سیاست گذاران و مشارکت کنندگان از میزان اثرگذاری بحران ها بر بازار نفت کنترل پیامدهای منفی آن را به شیوه بهتری فراهم می کند. بررسی ها نشان می دهد که درنتیجه بحران های مختلف پایداری تلاطمی بازار نفت بسیار بالاست. بنابراین بررسی فرضیه وجود ریشه واحد در شوک های تلاطمی این بازار منطقی است. در پژوهش حاضر ماندگاری بلندمدت شوک های تلاطمی ناشی از بحران همه گیری کووید-19 در بازار نفت برنت و WTI که دو معیار تعیین قیمت های جهانی نفت هستند با استفاده از آزمون پیشنهادی توسط لی و یو (2010) بررسی می شود. نتایج این پژوهش نشان دهنده وجود ریشه واحد در تلاطم بازار نفت است. بنابراین بازار نفت و فضای اقتصادی به شکل طولانی مدت درگیر اثرات این بحران است. این موضوع می تواند اثرات چشمگیری بر درآمدهای کشورهای صادرکننده و سرمایه گذاران در حوزه نفت خام داشته باشد. به این ترتیب بازیگران این بازار و دولت ها باید با دقت بیشتری پیامدهای این بحران را ارزیابی کنند.

نواحی مرده کناری جزء مناطق ذخیره اصلی در محیط زیست رودخانه هستند که تبادل جریان در کانال اصلی می تواند نوع جریان در این نواحی را به شدت تحت تاثیر خود قرار دهد. در پژوهش حاضر مطالعه آزمایشگاهی و عددی برای شبیه سازی جریان در یک کانال متقارن، شامل ده ناحیه مرده منظم در دو طرف کانال انجام گرفت. سرعت جریان سطحی در نواحی مرده دارای ابعاد مختلف با استفاده از روش پردازش تصویر اندازه گیری شد. برای مدل سازی عددی جریان نیز از مدل عددی STARCCM+ تحت مدل تلاطمی LES استفاده گردید. در نهایت الگوی جریان و نمودار شدت تلاطم برای داده های آزمایشگاهی و محاسباتی مدل عددی ترسیم گردید. نتایج نشان داد که بیشینه شدت تلاطم در مرز ناحیه مرده و کانال اصلی ایجاد می شود و همچنین مقدار آن با کاهش نسبت ابعاد حفره افزایش می یابد. بیشینه شدت تلاطم در نواحی با ابعاد بزرگتر (نسبت ابعاد کمتر از یک) سه برابر بیشینه شدت تلاطم در نواحی با ابعاد کوچکتر (نسبت ابعاد بزرگتر از یک) بود. همچنین نوع گردابه های ایجاد شده در نواحی با ابعاد بزرگتر، به شدت تحت تاثیر شکل کانال قرار گرفت و گردابه اولیه مشاهده نشد. اما در نواحی با ابعاد کوچکتر، گردابه اولیه و ثانویه تشکیل گردید.

اهمیت مطالعه ناحیه مرده کناری از آنجا مشخص می شود که هنوز تاثیر آن بر مشخصات آشفتگی جریان به طور کامل شناخته شده نیست. تعداد این نواحی، نحوه قرار گرفتنشان نسبت به هم و نیز ابعاد هریک به تنهایی می تواند تاثیر متفاوتی بر الگوی جریان داشته باشد. در پژوهش حاضر تلاش شد تا کارایی نرم افزار STAR-CCM+ در مدل سازی جریان در حضور مجموعه ای از نواحی مرده به صورت سه بعدی بررسی شود. به همین منظور از نتایج مدل آزمایشگاهی موجود استفاده گردید. واسنجی STAR-CCM+ برای تعیین بهترین نوع مدل آشفتگی انجام گرفت و سپس برای صحت سنجی از سرعت لحظه ای اندازه گیری شده در جهت عرض کانال، استفاده شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که شتاب گرفتن جریان در کانال اصلی باعث جدایی بیشتر جریان و افزایش گرادیان سرعت در نزدیکی گوشه های بالادست ناحیه مرده می شود. سرعت متوسط جریان با ورود به نواحی مرده کمتر خواهد شد و ناحیه کم سرعت به صورت ناحیه ای چرخشی ظاهر می شود. بررسی الگوهای جریان در شبیه سازی گردابه های ایجاد شده ناشی از این سازه ها نشان می دهد که مدل دو ناحیه ای RANS کارایی بیشتری نسبت به مدل تک ناحیه ای RANS می تواند داشته باشد. اما در مجموع مدل LES بیشترین کارایی را در شبیه سازی جریان از خود نشان می دهد.

حوضچه ی رسوب گیر گردابی، نوع کارآمدی از سیستم های رسوب گیر مداوم در تصفیه ی آب و فاضلاب است. در پژوهش حاضر، راندمان جریان در حوضچه ی رسوب گیر تعیین و سرعت سه بعدی درون حوضچه با استفاده از ADV اندازه گیری شد؛ خطوط جریان در مقاطع مختلف حوضچه)در زوایای: $315^{0}$، $270^{0}$، $225^{0}$، $180^{0}$، $135^{0}$، $90^{0}$، $45^{0}$، $theta=0^{0}$(ترسیم و آثار شکل گیری گردابه در راندمان جریان با بررسی مولفه های سرعت شعاعی، محوری و مماسی اندازه گیری و اهمیت شکل گیری جریان های ثانویه در شست وشو و هدایت ذرات به سمت روزنه ی مرکزی بررسی شد. مدل سازی عددی با کاربرد روش RANS شامل مدل های: standard $k-varepsilon$ و $k-omega$ و روش LES شامل مدل Smagorinsky انجام شد الگوریتم SIMPLE برای جفت کردن سرعت فشار و روش حجم سیال)VOF(برای مسیر حرکت سطح آزاد استفاده شد. تطابق مناسبی میان شبیه سازی های عددی و مقادیر مشاهداتی به دست آمد و نتایج مدل Smagorinsky نسبت به سایر مدل ها مناسب تر بود. همچنین خطای نسبی مدل کمتر از 0٫ 5− ٪ بود.