सार

सटीक प्रवाह मॉडल उथले पानी के हाइड्रोडायनामिक्स को अनुकरण करने के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से मुक्त-सतह प्रवाह से जुड़ी चरम घटनाओं के प्रभावों की भविष्यवाणी करने और उन्हें कम करने में। नदी के वातावरण में इनमें से कई चरम परिदृश्यों में महत्वपूर्ण गतिशील दबावों के साथ द्रव गतिशीलता शामिल है, जो मानक सेंट-वेनेंट-प्रकार के मॉडल के उपयोग को अमान्य करता है। यह अध्ययन वैरिएशनल विधियों के माध्यम से हल किए गए रेनॉल्ड्स-औसत नेवियर-स्टोक्स (RANS) समीकरणों पर आधारित एक मजबूत और सटीक नया विकल्प प्रस्तुत करता है। उनकी क्षमता के बावजूद, साहित्य में वैरिएशनल विधियों का कम उपयोग किया गया है, और उनका अनुप्रयोग निम्न-स्तरीय विस्तार तक सीमित है। इसके अलावा, वे शायद ही कभी उन प्रयोगों के खिलाफ मान्य होते हैं जो जटिल प्रवाह का अनुकरण करते हैं। यह अध्ययन दोनों चुनौतियों को संबोधित करता है। सबसे पहले, मनमाने उच्च-स्तर के वैरिएशनल RANS (VR) मॉडल के लिए एक सामान्य गणितीय ढांचा विकसित किया गया है। VR स्तर III मॉडल प्रस्तुत किया गया है और अशांति प्रवाह मॉडलिंग के लिए एक मजबूत परिमित मात्रा-परिमित अंतर सॉल्वर का उपयोग करके संख्यात्मक रूप से हल किया गया है। दूसरा, इस नए प्रवाह मॉडलिंग उपकरण को मान्य करने के लिए एक व्यापक प्रयोगात्मक कार्यक्रम आयोजित किया गया था, जिसमें दो चुनौतीपूर्ण प्रवाह परिदृश्यों पर ध्यान केंद्रित किया गया था। पहले परिदृश्य में अनियमित, असमान बाथिमेट्री पर अशांत टूटती तरंगों का प्रसार शामिल है - ऐसी स्थितियाँ जो नदी के वातावरण में बेडफ़ॉर्म विकास के दौरान देखी गई स्थितियों के समान हैं। इस परिदृश्य में श्रृंखला में बाधाओं की एक सरणी पर अस्थिर उछाल का प्रयोगात्मक लक्षण वर्णन शामिल था। दूसरे परिदृश्य में तलछट सलाखों के साथ मुहाना इनलेट में होने वाले सिल-नियंत्रित रिलीज डिस्चार्ज की जांच की गई। नए प्रायोगिक डेटा और वीआर लेवल III मॉडल की भविष्यवाणियों के बीच तुलना मॉडल की सटीकता और मजबूती को प्रकट करती है, जो इसे मुक्त-सतह प्रवाह का अनुकरण करने के लिए एक अत्यधिक उपयुक्त उपकरण बनाती है।

DOI: https://doi.org/10.1063/5.0240401