Validatie van CFD-simulaties van een watersprong aan de teen van een overloopdijk met schaalmodelmetingen
De Schryver, C. (2021). Validatie van CFD-simulaties van een watersprong aan de teen van een overloopdijk met schaalmodelmetingen. MSc Thesis. KU Leuven, Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen: Brugge. xvii, 107 pp. |
| Available in | Authors | | Document type: Dissertation
|
| Author keywords | hydraulic jump, OpenFOAM, Validation |
| Project | Top | Authors | - Validatie van CFD-simulaties van een watersprong aan de teen van een overloopdijk met schaalmodelmetingen, more
|
| Authors | | Top | - De Schryver, C.
- López Castaño, S., revisor, more
- Verelst, K., revisor, more
| | |
| Abstract | In deze masterproef met als onderwerp ‘Validatie van CFD-simulaties van een watersprong aan de teen van een overloopdijk met schaalmodelmetingen’ wordt nagegaan hoe de karakteristieken van een watersprong met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties het best kunnen worden voorspeld. Door dergelijke correcte voorspelling van watersprongen kan een doelgerichte bodembescherming worden aangebracht. Een watersprong is vaak nodig om de hoge kinetische energie, voor dat de stroom de natuurlijke rivier bereikt, te dissiperen. Zo kan een ernstige erosie worden voorkomen.
In het verleden werden contra-intuïtieve resultaten bekomen bij het simuleren van watersprongen. Deze studie onderzoekt met welke instellingen van de CFD-software de accuraatste resultaten met betrekking tot schaalmodellen worden bekomen. De onderzoeksvraag van deze thesis luidt als volgt: ‘Onder welke instelling van de CFD-software OpenFOAM worden vergelijkbare resultaten met experimentele studies bekomen?’.
Het eerste deel van dit onderzoek bestaat uit een literatuurstudie waarin zowel experimentele studies en hun resultaten, alsook numerieke studies worden aangehaald. In de experimentele studies zijn (semi)-empirische uitdrukkingen opgenomen die later in dit onderzoek, als referentie voor de vergelijking met de CFD-resultaten, worden toegepast.
Vervolgens wordt de opbouw en resultaten van een eerste OpenFOAM-case toegelicht. Deze case omvat een bestaande OpenFOAM-case uit de paper Witt, Gulliver, & Shen (2015) die opnieuw werd gesimuleerd. In een volgende stap worden het snelheidsprofiel, de snelheidsafname en de luchtfractie-resultaten van beide CFD-modellen met elkaar vergeleken. Er wordt een goede overeenkomst bekomen tussen de resultaten van het snelheidsprofiel. Zo wordt bij beide modellen gevonden dat er een exponentiële snelheidsafname is na de watersprongteen.
Tevens worden de toegevoegde diepte- en rollerlengte resultaten van het model uit deze thesis vergeleken met uitdrukkingen/vergelijkingen uit de literatuur. Een roosterconvergentiestudie biedt meer duidelijkheid. Bij de simulatie van drie roosters (Δ=10mm, 5mm en 2.5mm) wordt nagegaan of elk van deze resultaten resulteert in een convergentie. Er worden wel afwijkingen van ongeveer 50% gevonden bij de rollerlengte.
Een daaropvolgende case bestudeert een watersprong die optreedt aan de teen van een overloopdijk. In deze case worden de resultaten van de OpenFOAM-case vergeleken met de experimentele data afkomstig uit Montano & Felder (2020). Ter inleiding van deze studie wordt de opbouw van het model met daarbij aansluitend de opbouw van het rooster, de roosteroptimalisaties, de randvoorwaarden, de implementatie van de ruwheid van de drempel toegelicht. Om de afhankelijkheid van een gehanteerd rooster uit te sluiten wordt ook een roosterconvergentiestudie uitgevoerd op verschillende parameters. Ook hier werd een afwijking van ongeveer 50% bekomen op de rollerlengte. Een laatst belangrijk aspect is de invloed van het geïmplementeerde turbulentiemodel op de toegevoegde diepte-resultaten en de energie-dissipatie efficiëntie. Uit deze studie kunnen we besluiten dat verschillende parameters met behulp van 2D simulaties goed kunnen worden voorspeld. Echter, bij andere parameters zoals rollerlengte en energie dissipatie efficiëntie worden geen goede overeenkomsten bekomen in vergelijking met experimenten of uitdrukkingen uit de literatuur. |
|
