Vízügyi Közlemények, 1992 (74. évfolyam)

4. füzet - Rátky István: Turbulencia az elmélet és a gyakorlat tükrében

Turbulencia az elmélet és gyakorlat tükrében 411 4. Gyakorlati példák az alkalmazásra Zárt és nyitott csatornákban alkalmazták 2D és 3D turbulens szimulációra a PHOENICS (CHAM Ltd. Wimbledon, England) programot (Larsson 1984,Lövgren 1985). A modell a 2D szimulációkhoz a két Reynolds-egyenletet, a folytonossági és a k-e egyenleteket használja, a Boussinesq-féle örvényviszkozitás hipotézissel. Az eredményeket irodalmi mérési adatokkal hasonlították össze. 2D-ben és Coriolis-hatás nélkül 3D szimuláció esetén a számított főáramlás irányú sebességek és az örvényviszkozitás eloszlások jó egyezést mutattak a mérésekkel. Cor/o/w-hatást figyelembe vevő 3D áramlásnál az egyezés már nem volt olyan jó, különösen az oldalfalakhoz közel. Az eltérések oka elsősorban a másodlagos áramlások nem megfelelő szimulációjában, a szilárd fal - és szabad felszín - korrekciók figyelmen kívül hagyásában keresendő. Bukók, gátak mögött kialakuló áramlásokra árapály jelenségek számítására, hirtelen szelvénybővület hatásának kimutatására alkalmazták a TEACH programot (Cetina 1988). ' Általában „fizikailag realisztikus" eredményt kapott ill. jó egyezést a mérésekkel. Kivétel csak a nem permanens számításoknál volt, ahol 25-30%-os eltéréseket tapasztalt a hullámfront sebességében és a legnagyobb vízmélységekben. Az lD-hez viszonyított pozitív eredményként emeli ki, hogy 2D-ben kis mélységeknél nincs stabilitási probléma és akár rohanó vízmozgás is szimulálható. Laboratóriumi, kanyargós, nyílt felszínű csatornában az áramlás és a szennyezőanyagdiszperzió számítását mutatta be Demuren-Rodi (1986). A k-e általános turbulens modellt módosították úgy, hogy figyelembe vegyék az áramlásirányú görbület turbulens transzport mechanizmusra gyakorolt hatását. Számítási eredményeik egy részét hasonlították össze (sebesség és festék eloszlási mérések). Széles csatorna esetén (B/h = 20) az egyezés általában jó volt, keskeny csatornánál (Bjh = 5), sima mederfenék esetén a főáramlás irányú sebesség függőleges eloszlása jónak mondható, míg ugyanez érdes felületnél már nem ilyen jó. A mélységátlagolt sebességeket, azok keresztirányú eloszlásait a modell minden esetben jól szimulálja. A legfontosabb megállapítás, hogy a centrifugális erő keresztirányú felszíni lejtést, ez pedig másodlagos mozgást idéz elő, melynek erőssége a főáramlás irányú sebesség 40-50%-át is elérheti (szűk kanyarban); a másodlagos mozgás és a mederérdesség a szennyeződés jelentős oldalirányú elkeveredését okozza; teljesen kifejlődött áramlás kanyargós vízfolyásban csak nagyon ritkán fordul elő; kanyarok esetén az áramlási helyzet komplex háromdimenziós; azok a modellek, amelyek a szennyezőanyag terjedését csak a diszperziós együtthatók változásán keresztül próbálják leírni, durva közelítést adnak és végül a 3D modellek eredményeit lehet - és kell - alkalmazni az egyszerűbb 2D mélységátlagolt modellek keresztirányú diszperziós együtthatóinak meghatározására. Nyílt felszínű, négyszög szelvényű csatornában mellékág betorkollásának környékét modellezték 3D_ben Weerakoon-Tamai (1989). Az utóbbi időben általánossá vált Reynolds-egyenértékei és a k-e modellt használtak. Numerikusan generált, simított és közel ortogonális, görbevonalú rácshálót alkalmaztak. Az algebrai egyenletek numerikus megoldását - az irodalmakból ismert