Hidrológiai tájékoztató, 2016
DIPLOMAMUNKA PÁLYÁZATOK - Fleit Gábor: Komplex szabadfelszínű áramlások numerikus modellezése
vízhozamgörbe (és bukótényező) numerikus reprodukálása volt. A mérések során vizsgált, különböző nagyságú vízhozam típusú felvízi peremfeltételek alkalmazásával végeztem permanens szimulációkat, majd a modell által számított átbukási magasságokat összevetettem a mért értékekkel. 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Fajlagos vízhozam [m2/s] 3. ábra. Hidraulikus profilú bukó mért és számított vízhozamgörbéje Hét eltérő vízhozamra végeztem el a számításokat, melyek eredményeit a 3. ábra szemlélteti. A számított átbukási magasságok mért értékekhez viszonyított hibái -3,95 és 2,27 % között ingadoztak, mely alátámasztja a numerikus modellek alkalmazásának relevanciáját ilyen és ehhez hasonló vízszint szabályozó műtárgyak vizsgálatára akár már a tervezési fázisban is. 500 x [mm] 4. ábra. Trapéz szelvényű bukó feletti áramlás szabadfelszíne A harmadik vizsgált esetben egy trapéz keresztmetszetű bukó feletti áramlást vizsgáltam egyrészt korábbi laboratóriumi (Sargison és Percy, 2009) másrészt ezen laboratóriumi mérésekre épülő numerikus modellvizsgá- latok (Haun et al., 2011) alapján. A referenciaként használt modell vizsgálatok a széles körben elterjedt, kereskedelmi forgalomban kapható Flow-3D szoftverrel készültek. A mérések során különböző vízhozamok esetén vizsgálták a felvízen kialakuló vízszinteket (hasonlóan az előző esethez), a numerikus modellvizsgála- tok azonban lehetőséget adtak a különböző modellekkel számított szabadfelszínhelyzetek összevetésére is. A 4. ábrán egy kimért állapothoz tartozó mért, modellezett (referencia) és az általam számított eredményeket mutatom be. Megfigyelhető, hogy a mért felvízi vízszintet a numerikus modellek jó pontossággal képesek reprodukálni, továbbá figyelemre méltó a modellek által számított szabadfelszínek között megfigyelhető egybeesés is. A bukó felett kialakuló kritikus, illetve az alvízen uralkodó rohanó állapotban is jó egyezés figyelhető meg. Látható tehát, hogy az alkalmazott REEF3D modell egy költséges kereskedelmi szoftverrel is felveszi a versenyt, még ilyen komplex áramlási szituációk numerikus vizsgálatakor is. Összefoglalás Diplomamunkámban áttekintettem a különböző dimenziószámú áramlástani modellek leggyakoribb alkalmazási területeit, továbbá bemutattam a napjainkban legszélesebb körben használatos háromdimenziós modelleket. Ismertettem a korszerű, jelenleg is intenzív fejlesztés alatt álló REEF3D numerikus modell matematikai hátterét, a háromdimenziós áramlásokat leíró alapegyenletekkel együtt. A folytatásban három eltérő geometriájú bukó feletti áramlást vizsgáltam szakiroda- lomban fellelhető mérések és modellvizsgálatok alapján és bemutattam, hogy a modell nagy pontossággal képes a szabadfelszín pozíciójának meghatározására. A vizsgálatok rámutattak arra, hogy a modell alkalmas lehet a költséges kisminta kísérletek, valamint a kereskedelmi modelleszközök kiváltására, mindazonáltal fontos hangsúlyozni a fizikai modellezés fontosságát, azok együttes alkalmazása a modern számítógépes szoftverekkel komoly alapot adhatnak tudományos és gyakorlati problémák megoldásához is. IRODALOM Bihs H. (2015): REEF3D :: User Guide vl5.04. Haun S., Olsen N.R.B., Feurich R. (2011): Numerical Modeling of Flow Over Trapezoidal Broad-Crested Weir. Engineering Application of Computation Fluid Mechanics Vol. 5, No. 3, pp. 397- 405. Sargison J.E., Percy A. (2009): Hydraulics of Broad-Crested Weirs with Varying Side Slopes. Journal of Irrigation and Drainage Engineering Jabuary/February 2009. Sarker M.A., Rhodes D.G. (2004): Calculation of free-surface profile over a rectangular broad-crested weir. Flow Measurement and Instrumentation 15 (2004) 215-219. Tullis B.P., M.ASCE (2011): Behavior of Submerged Ogee Crest Weir Discharge Coefficients. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 2011,137:677-681. Tullis B.P., M.ASCE, Neilson J. (2008): Performance of Submerged Ogee-Crest Weir Head-Discharge Relationships. Journal of Hydraulic Engineering 2008. 134:486-491. Köszönetnyilvánítás A dolgozat színvonalas elkészüléséért köszönettel tartozom norvégiai konzulenseimnek, Nils Rüthemek és Hans Bilisnek, továbbá hazai témavezetőmnek, Baranya Sándornak a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemről. A 2015. évi Lászlóffy Woldemár diplomamunka pályázaton Bcs alapképzés kategóriában 1. díjat nyert pályamunka kivonata. 14
