ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОРЫВА ПЛОТИНЫ ДЛЯ НЕСЖИМАЕМОГО ВЯЗКОГО ПОТОКА
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-127-4-170-180Ключевые слова:
дамба, метод VOF, алгоритм PISO, численное моделирование, препятствие, уравнение Навье-СтоксаАннотация
В данном исследовании был проанализирован процесс разрушения плотины с препятствием, чтобы понять последствия и снизить риск катастрофических событий для окружающей среды и людей. В горных районах речные долины часто подвержены сильным дождям и таянию ледников, что увеличивает вероятность схода селей и повреждения гидротехнических сооружений. Для предотвращения таких происшествий и их потенциальных последствий необходимы соответствующие знания. Мы сфокусировались на использовании численного моделирования для изучения динамики водного потока, вызванного разрушением плотины с препятствием. Для достоверного описания этого процесса мы применили двумерную численную модель с использованием метода объема жидкости (VOF). Математическая модель включает уравнения Навье-Стокса для несжимаемой среды, усредненные по Рейнольдсу, а также уравнение для взаимодействия между фазами. Для решения этой системы уравнений была использована турбулентная модель k-ε. Алгоритм PISO был применен в качестве численного метода. Полученные численные результаты исследуемой модели демонстрируют хорошие согласование с экспериментальными данными и подтверждает надежность данного разработанного алгоритма. В результате детального анализа, численная модель может эффективно снизить катастрофические последствия разрушения плотин с препятствием и обеспечить своевременную эвакуацию населения для минимизации отрицательных последствий.
Библиографические ссылки
[1] Bahmanpouri, F., Daliri, M., Khoshkonesh, A., Montazeri Namin, M., & Buccino, M. (2021). Bed compaction effect on dam break flow over erodible bed; experimental and numerical modeling. Journal of Hydrology, 594, 125645. doi:10.1016/j.jhydrol.2020.125645
[2] Cao, Z., Pender, G., Wallis, S., & Carling, P. (2004). Computational Dam-Break Hydraulics over Erodible Sediment Bed. Journal of Hydraulic Engineering, 130(7), 689–703. doi:10.1061/(asce)0733-9429(2004)130:7(689)
[3] Wu, W., & Wang, S. S. Y. (2008). One-dimensional explicit finite-volume model for sediment transport. Journal of Hydraulic Research, 46(1), 87–98. doi:10.1080/00221686.2008.9521846
[4] Jeong, W., Yoon, J.-S., & Cho, Y.-S. (2012). Numerical study on effects of building groups on dam-break flow in urban areas. Journal of Hydro-Environment Research, 6(2), 91–99. doi:10.1016/j.jher.2012.01.001
[5] Simsek, O., Islek, H. (2023). 2D and 3D numerical simulations of dam-break flow problem with RANS, DES, and LES. Ocean Engineering, Volume 276, 114298, ISSN 0029-8018. doi: 10.1016/j.oceaneng.2023.114298
[6] Yang, S., Yang, W., Zhang, C., Qin, S., Wei, K., Zhang, J. (2022). Experimental and numerical study on the evolution of wave front profile of dam-break waves. Ocean Engineering, Volume 247, 110681, ISSN 0029-8018. doi: 10.1016/j.oceaneng.2022.110681
[7] Wang, B., Liu, W., Wang, W., Zhang, J., Chen, Y., Peng, Y., … Yang, S. (2020). Experimental and numerical investigations of similarity for dam-break flows on wet bed. Journal of Hydrology, 124598. doi:10.1016/j.jhydrol.2020.124598
[8] Wang, B., Yang, S., Chen, C. (2022). Landslide dam breaching and outburst floods: A numerical model and its application. Journal of Hydrology, Volume 609, 127733, ISSN 0022-1694. doi:10.1016/j.jhydrol.2022.127733
[9] Omarova, P., Merembayev, T. ., & Amirgaliyev, Y. . (2023). MATHEMATICAL MODELING OF WATER MOVEMENT DURING A DAM BREAK USING THE VOF METHOD. Scientific Journal of Astana IT University, 14(14). https://doi.org/10.37943/14YNSZ2227
[10] Kazidenov, D., Khamitov, F., & Amanbek, Y. (2023). Coarse-graining of CFD-DEM for simulation of sand production in the modified cohesive contact model. Gas Science and Engineering, 113, 204976, https://doi.org/10.1016/j.jgsce.2023.204976
[11] Rakhimzhanova, A., Thornton, C., Amanbek, Y., & Zhao, Y. (2022). Numerical simulations of sand production in oil wells using the CFD-DEM-IBM approach. Journal of Petroleum Science and Engineering, 208, 109529, https://doi.org/10.31224/osf.io/pkteu
[12] Xu, T., Huai, W., Liu, H. (2023). MPS-based simulation of dam-break wave propagation over wet beds with a sediment layer. Ocean Engineering, Volume 281, 115035, ISSN 0029-8018. doi: 10.1016/j.oceaneng.2023.115035
[13] Jafari, E., Namin, M. M., & Badiei, P. (2021). Numerical simulation of wave interaction with porous structures. Applied Ocean Research, 108, 102522. doi:10.1016/j.apor.2020.102522
[14] Zhao, X., Liang, D., & Martinelli, M. (2017). Numerical Simulations of Dam-break Floods with MPM. Procedia Engineering, 175, 133–140. doi:10.1016/j.proeng.2017.01.041
[15] Ferziger J.H., Peric M. (2002). Computational Methods for Fluid Dynamics. Springer-Verlag.
[16] Koshizuka S, Tamako H, Oka Y, A particle method for incompressible viscous flow with fluid fragmentation. Comp. Fluid Dyn. J.4, 29-46, 1995.
[17] Hansch S, Lucas D, Hohne T, Krepper E, Application of a new concept for multi-scale interfacial structures to the dam-break case with an obstacle. Nuclear Engineering and Design, pp. 171-181, 2014
[18] Issa, R. . (1986). Solution of the implicitly discretised fluid flow equations by operator-splitting. Journal of Computational Physics, 62(1), 40–65. doi:10.1016/0021-9991(86)90099-9
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Едилхан Амиргалиев, Тимур Мерембаев, Перизат Омарова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
