آلودگی آب در رودخانه پر پیچ و خم، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (آلودگی در رودخانه)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی آلودگی آب در رودخانه پر و پیچ و خم با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

آلودگي آب عبارت است از آلودگي توده‌هاي آبي که معمولاً ناشي از فعاليت‌هاي انساني است، به گونه‌اي كه بر مصارف آنها تأثير منفي مي‌گذارد. آلودگی مانع از ارائه خدمات اکوسیستمی به بدنه آب می‌شود. آلودگی آب را می‌توان تحت عنوان آلودگی آب‌های سطحی یا آلودگی آب‌های زیرزمینی دسته بندی کرد.

مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی کردیم. عرض رودخانه در بخش ورودی برابر 14.035 متر و بخش ورودی آلاینده دارای دو پروفیل مدور به قطر 3 متر است.

مش بندی مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام دادیم. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 762433 سلول ایجاد شده است.

همچنین به دلیل ماهیت مسأله حاضر، مدل‌سازی به صورت وابسته به زمان است. پس از حلگر گذرا (transient) استفاده شده است.

روش‌های استفاده شده

در این پروژه، از مدل چندفازی حجم سیال (volume of fluid (VOF)) برای شبیه سازی و حل معادلات میدان جریان دو فازی استفاده کردیم. علاوه براین، برای شبیه سازی سطح آزاد (free surface) رودخانه، گزینه کانال باز (open channel) در ماژول مدل چندفازی (multi-phase) فعال شده است.

آلاینده از دو پروفیل مدور ورودی در جایی از ابتدای رودخانه وارد رودخانه می‌شود و در آب پخش می‌شود. به دلیل چگالی کمتر از چگالی آب، آلاینده‌ها باعث آلودگی سطح رودخانه می‌شوند و به دلیل جریان آب، آلودگی در طول رودخانه حرکت می‌کند.

برای حل معادلات جریان آشفته از مدل توربولانسی Realizable K-epsilon با تابع دیواره مقیاس‌پذیر (scalable wall function) استفاده شده است.

برای کوپل فشار و سرعت (pressure-velocity coupling scheme)، از روش SIMPLE استفاده شده است. روش گسسته سازی بالادست مرتبه دوم (second-order upwind) برای معادلات مومنتوم، و روش گسسته سازی بالادست مرتبه اول (first-order upwind) برای معادلات انرژی جنبشی آشفته (turbulent kinetic energy) و نرخ اتلاف آشفته (turbulent dissipation rate) استفاده شده است.

همچنین، آب از طریق مرز ورودی با سرعت 35 متربرثانیه و آلاینده با سرعت 5 متربرثانیه وارد رودخانه می‌شود.

نتایج

پس از پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) سرعت، فشار، کسر حجمی آلاینده (pollutant volume fraction)، کسر حجمی آب (water volume fractio)، ویسکوزیته گردابه‌ای (eddy viscosity)، و همچنین خطوط جریان (streamline) استخراج و در مراحل زمانی مختلف ارائه می‌شوند.

همان‌طور که مشاهده می‌شود، آلاینده از دو پروفیل ورودی مدور وارد رودخانه میشود و در طول زمان به سطح رودخانه پخش می‌شود. به دلیل جریان آب، آلودگی در سطح رودخانه پخش می‌شود و باعث آلودگی گسترده رودخانه می‌شود.