مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‌سازی عددی پخش امواج سیلاب در شبکه‌های فاضلاب با استفاده از روش اِچ‌اِل‌اِل‌سی تغییر‌یافته در حالت یک‌بعدی و دو‌بعدی

نویسندگان
1 عضو هیئت علمی دانشگاه بیرجند
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه تحصیلات تکمیلی و تکنولوژی پیشرفته کرمان، کرمان، ایران
3 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران
چکیده
مدل‌سازی امواج سیلاب در داخل شبکه‌های فاضلاب شهری بسیار پیچیده است. این پیچیدگی به صورت کلی ناشی از پخش رژیم‌های مختلفی از جریان در داخل شبکه‌های فاضلاب می‌باشد که ممکن است در نقاط تقاطع شبکه، با یکدیگر برخورد نمایند. هدف اصلی در مقاله حاضر، مدل‌سازی و تقریب هیدرودینامیک این نوع از برخوردهای جریان با استفاده از معادلات آب‌های کم‌عمق است. برای حل معادلات آب‌های کم‌عمق در این‌جا، از حل ریمان تقریبی اِچ‌اِل‌اِل‌سی مرتبه دوم بهره گرفته می‌شود که قادر است با استفاده از نوعی از ترکیب سرعت‌های ریمان، پخش امواج را بر روی سطوح خشک و تَر شبیه‌سازی نماید. عبارات اصطکاک در مدل مورد نظر به طور جداگانه‌ای در داخل عبارات منبع لحاظ می‌گردند. در ابتدا، الگوی عددی معرفی‌شده بدون در نظر گرفتن عبارات اصطکاک برای شبیه‌سازی امواج انبساطی و ایستا، بر روی سطح خشک و تر اعمال شده و نتایج حاصل، با حل دقیق مقایسه می‌گردند. سپس عبارات اصطکاک برای مدل آب‌های کم‌عمق معرفی شده، لحاظ گردیده و مساله شکست سد در حالت یک‌بعدی در حالت‌های خشک و تَر با نتایج حاصل از نرم‌افزار استار سی‌دی که یک حل‌کننده معادلات ناویر استوکس می‌باشد، مقایسه می‌گردند. در نهایت، برخورد امواج سیلاب در حالت دو بعدی در یک شبکه فاضلاب با مقطع مستطیلی در نظر گرفته شده و مجددا نتایج با نرم‌افزار استار سی‌دی صحت‌سنجی می‌گردد. نتایج عددی حاصل نشان می‌دهد که الگوی عددی ارائه شده در دو حالت یک‌ و دو بعدی تطابق بسیار خوبی با حل دقیق و حل‌کننده معادلات ناویر استوکس دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical Modelling of Flood Waves Propagation in Sewer Networks using one- and Two-Dimensional Modified HLLC Method

نویسندگان English

Hossein Mahdizadeh 1
Hadi Cheharbidi 2
Sadegh Moodi 3
1 Faculty member of Birjand University
2 M.Sc graduate in Civil-Eng from Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran
3 M.Sc graduated in Civil-Eng from University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده English

Modelling of flood waves within surface and subsurface network is quite complicated. This complexity is mainly with respect to different flow regimes propagation into the sewer network which interacts with each other at connections between underground networks. The main purpose of the present paper is modelling and hydrodynamic prediction of these types of bore interactions using the shallow water equations. The shallow water equations are then solved using a second-order accurate HLLC Riemann which is able to model the wave propagation over wet and dry states based upon a combination of particular Riemann wave speeds. Friction terms are treated in a separate way within the associated source terms. First, the numerical solver is employed to model the shock and rarefaction waves over the wet and dry states and the achieved numerical results are compared with the exact solution. Then, the effect of friction terms for the one-dimensional dam failure propagation over wet and dry bed is considered and the computed results are compared with the STAR-CD which is a Navier-Stokes solver. Finally, two-dimensional flood wave propagation is modelled within a rectangular sewage section and the obtained results are validated with the three-dimensional STAR-CD results. The numerical results demonstrate that the defined numerical solver in both one and two-dimensional provides very good agreement with the exact solution and Navier-Stokes solver.

کلیدواژه‌ها English

Shallow Water Equations
HLLC Riemann solver
Interacting bores
Sewer network
Navier-Stokes equations