مدل سازی فرایند تبخیر سطحی آب در سد های آبی با استفاده از CFD (مطالعه موردی سد امیرکبیر کرج)

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی

2 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی شیمی

چکیده

استفاده بهینه از منابع آب موجود به علت هزینه­ های بالای تأمین آب ناشی از افزایش جمعیت و مسئله گرم شدن کره ی زمین ضروری می­ باشد. پژوهشگران حوزه محیط زیست  بر این ادعا هستند که سدسازی به علت محبوس کردن آب در پشت سدها نه تنها کمکی برای غلبه بر کمبود آب نکرده است بلکه عاملی تشدید کننده در جهت سرعت خشکسالی می ­باشد. در این پژوهش با استفاده از CFD پدیده تبخیر سطحی از سد امیر کبیربه عنوان مطالعه موردی در طول یکسال آبی مورد مطالعه قرار گرفت. برای مدل سازی از قانون­ های حاکم در پدیده انتقال ، معادله­های ناویراستوکس و مدل VOF استفاده شد. در گام های زمانی001/0 و 00001/0 ثانیه و در ضخامت لایه  مرزی  از 01/0 تا 06/0 متر  پارامترهای تأثیرگذار در تبخیر سطحی  مورد بررسی قرار گرفت. داده­ های به دست آمده از مدل محاسباتی شامل اثر دما، شار گرمایی، نرخ انتقال جرم  در فصل مشترک گاز ـ مایع، سرعت باد؛ میزان کل آب تبخیر شده( روزانه؛ ماهانه؛ سالیانه)در سامانه مکعبی به ­دست آمد. داده­ های تولید شده شبیه­ سازی ازروش CFD با داده های تجربی به­ دست آمده از سد کرج مورد مقایسه قرار گرفت که همپوشانی مناسبی بین آن­ها دیده می­شود. همچنین پروفیل دما و نرخ انتقال جرم در سطح آب مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه­ هایبه دست آمده از شبیه سازی نشان می­ دهد که تبخیرسطحی عامل تاثیر گذاری برای کاهش ارتفاع سد و حجم آب ذخیره شده در دریاچه پشت سد می ­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Liua Q, Xi X.H., Contribution of Meteorological Variables to Changes in Potential Evaporation in Haihe River Basin, ChinaProcedia Environmental Sciences, 13: 1836-1845 (2012).

[2] Prata A.G, Satellite-Derived Evaporation from Lake EyreSouth Australia Journal of Remote Sensing , 11: 2051-2068(1990).

[3] Bruton J.M., McClenndonand R.W., Hoogenboom G., Estimating Daily Pan Evaporation with Artificial Neural Network, Trans.ASAE, 43(2): 492-496 (2000).

[4] Rosenberry D.O., Winter T.C., Buso D.C., Likens G.E., Comparison of 15 Evaporationmethods Applied to a Small Mountain Lake in the Northeastern USAJournal of Hydrology340:149-166 )2007).

[5] کریمی، سپیده؛ شیری، جلال؛ ناظمی، امیرحسین؛ تخمین تبخیر و تعرق روزانه گیاه مرجع با استفاده از سیستم هوش مصنوعی (ANNوNAFIS ) و معادله­های تجربی، نشریه دانش آب وخاک، (2)23 : 139 تا 158 (1392)

[6] سعدی، مریم؛ رهبر شمس کار، کبری؛ علایی، ابراهیم؛ مدل­سازی فرآیند تبخیر آب در حوضچه های تبخیر خورشیدی ومحاسبه سطح بهینه حوضچه تغلیظ، نشریه پژوهش نفت، (71)22 : 117 تا 126 (1391)0

[7] محمدی جوزانی، محمدرضا؛ بهجت، یعقوب؛ شاه حسینی، شاهرخ؛ قائمی، احد؛ بررسی هیدرو دینامیک سانتریفوژ گازی با استفاده از تحلیل CFD، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)33: 89 تا 101 (1393).

[8] حسینی، سید حسین؛ زیودار، مرتضی؛ رحیمی، رهبر؛ شبیه­سازی ناپایای بستر شاراینده حبابی حاوی ذره­های نوع B با استفاده از CFD در سرعت­های بای گاز، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)30: 29 تا 41 (1390).

[9] Robjer Gullman S., “Development of Evaporation Models for CFD For Application within Drying Process Simulation”, Master of Science Thesis,  Department of Chemical Reaction Engineering, Chalmers University of Technology ,Göteborg, Sweden (2010).

[10] Trujillo F.J., Lovatt S., Harris M.,Wellix J., Tuan Pham Q., CFD Modeling of the Heat and Mass Transfer Process During the Evaporation of Water from a Circular Cylinder, “Third International Conference on CFD in the Materials and Industries”, Melborne, Australia,(2003).

[11] کاظمیان، محمد؛ رهبر، نادر؛ ابولفضلی اصفهانی، جواد؛ تخمین ضریب انتقال حرارت جابجایی درون اب شیرین کن خورشیدی ساده به کمک CFD، "همایش تخصصی نمک زدایی آب های شور، لب شور و تصفیه پساب"، دانشگاه صنعت آب و برق (1391).

[12] درویشی، عبدالمجید؛ اروجعلیان، عبدالرضا؛ کشاورزمروجی، مصطفی؛ مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی بازیابی ترکیب معطر توسط فرآیند تراوش تبخیری آبگریز : اثر ضخامت غشا و پدیده کوپلینگ، "پانزدهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، تهران، دانشگاه تهران(۱۳۹۳).

[13]  Stamoudis.N, Chryssakis C ., Kaiktsis L., A Two-Component Heavy Fuel Oil Evaporation Model for CFD Studies in Marine Diesel Engines,  Fuel, 115: 145-153 (2014)

[14 ]امیری، شهرام؛ رشیدی، حامد؛ رحیمی، مسعود؛ مدلسازی تبخیر کنندة فیلم ریزشی توسط CFD، "دهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران"، زاهدان، دانشگاه سیستان و بلوچستان(۱۳۸۴)

[15] Malet J., Degrees du Lou O., Gelain T., Water Evaporation Over Sump Surface in Nuclear Containment studies: CFD and LP  Codes Validation on TOSQAN TestsNuclear Engineering and Design263: 395-40 (2013).

[16] پهلوانزاده، حسن؛ روشن ضمیر، حسن؛ مظفری، سید حسین؛ بررسی تأثیر به کارگیری افزاینده­های انتقال حرارت بر ضریب انتقال حرارت در جریان دو فازی آب ـ هوا در الگوبی حبابی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)30: 53 تا 62 (1390).

[17] Chungen Yin, Transient Heating and Evaporation of Moving Fuel DropletsEnergy Procedia, 61: 37-40 (2014).

[18]  Arévalo R., Antúnez D., Rebollo L., Abánades A., Estimation of Radiation Coupling Factors in Film Boiling Around Spheres by Mean of Computational Fluid Dynamics (CFD) ToolsInternational Journal of Heat and Mass Transfer78: 84-89 (2014).

[19] Horvat A., Jordan C., Lukasser M., kuttner C., Markaruk A., Harasek M., CFD Simulation of Bubble Columns Using the VOF Model: Comparison of Commercial and Open Source Solvers with and Experiment, Chemical Engineering Trans Action18: 1-6 (2009)

[20] Haque A., Estimating Actual Areal Evapotranspiration from Potential Evapotranspiration Using Physical Models Based on Complementary Relationships and Meteorological DataBull Eng Geol Env, 62: 57-63 (2003)

[21] Penman H.L., Natural Evaporation from Open Water, Bare Soil and Grass, "Proceedings of the Royal Society of London. Series A", Mathematical and Physical Sciences193(1032): 120-145 (1948)