بررسی تجربی و عددی فرایند آبشستگی در اطراف پایه‌های با مرزهای جانبی متناسب با پروفیل سرعت تحت جریان دائمی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد عمران ـ سازه‌های دریایی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

2 استاد دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

شکل پایه‌ها یکی از مهمترین عوامل تأثیرگذار در فرایند آبشستگی اطراف آنهاست. بررسی تأثیر استفاده از پایه با مقطع متغیر در عمق در کاهش عمق آبشستگی یکی از موضوعات مورد توجه پژوهشگران بوده است. پایه‌های مورد بررسی‌ در این تحقیق شامل دو دسته اصلی پایه‌های مبتنی بر پروفیل لگاریتمی، پایه‌های مخروطی و یک پایه استوانه‌ای مبنا می‌باشد. مقطع این پایه‌ها دایروی بوده و در پایه‌های لگاریتمی، عرض پایه از کف تا سطح آب با شیبی متناسب با پروفیل لگاریتمی سرعت کاهش می‌یابد. به دلیل افزایش عرض عبوری جریان در نواحی نزدیک تر به سطح آب در مورد پایه‌های لگاریتمی و مخروطی، جریانی که دارای حداکثر سرعت در این نواحی است، با سهولت بیشتری از اطراف پایه‌های مذکور نسبت به پایه استوانه‌ای عبور کرده و از سرعت آن کاسته می شود. بنابراین فشار دینامیکی در قسمت فوقانی این پایه‌ها نسبت به پایه استوانه‌ای کاهش یافته و جریان رو به پایین ضعیف‌تری در جلوی پایه ایجاد می‌شود که نتیجه امر کاهش عمق آبشستگی خواهد بود. در این بررسی تجربی و عددی، پایه‌های لگاریتمی به دلیل داشتن شیب غیرخطی زیاد در مجاورت بستر و شیب غیرخطی کم در نزدیکی سطح آب، در مقایسه با پایه‌های مخروطی با شیب خطی ثابت در عمق جریان، عملکرد بهتری از خود نشان دادند. نتایج تحقیق نشان داد که سه مدل با پروفیل لگاریتمی متناسب با (mm 78/0d50=)، (mm 1/1d50=) و (mm 3/1d50=) و سه مدل با پروفیل مخروطی با زاویه (o5/5 )، (o5/7 ) و (o5/9 ) (که در آنها φ زاویه شیب جانبی پایه‌هاست) به ترتیب با کاهش عمق آبشستگی نسبی 9/55%، 4/65%، 2/73%، 5/38%، 2/47% و 7/52%  نسبت به مدل استوانه‌ای مبنا (به قطر 5/4 سانتی متر) همراه بوده اند. در ادامه به شبیه‌سازی عددی برخی از آزمایش‌ها با مدل Flow-3D به روش حجم محدود پرداخته شده است. سرانجام نتایج مدل عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شده و تطابق نسبی منطقی بین آنها مشاهده شده است.

کلیدواژه‌ها


پور احمدی ،م. (1389). "بررسی تجربی و عددی پدیده آبشستگی اطراف پایه مخروطی و هرمی." پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی سازه‌های دریایی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران.

توحیدی، ح. (1392). "بررسی عددی و تجربی فرایند آبشستگی اطراف پایه‌هایی با مرزهای جانبی متناسب با پروفیل سرعت تحت جریان دائمی"، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی سازه‌های دریایی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران.

Breusers, H. and Raudkivi, A. (1991). "Scouring, hydraulic structures design manual", Vol. 2, Balkema, Rotterdam.

Flow Science, Inc. (2010). Flow-3D User’s Manual.

Fredsoe, J. and Sumer, B. M. (1997). "Scour at the round head of a rubble-mound breakwater", Journal of Coastal Engineering, Vol. 29, pp. 231-262.

Garde, R.J. and Ranga Raju, K.G. (1985). "Mechanism of sediment transportation and alluvial stream problems". Published by New Age International Limited, New Delhi.

Hakimzadeh, H., Mehrzad, R. and Azari, N. (2012). 'Experimental investigation of the effects of slotted conical shaped piers on scour process due to steady flow'. 6th Conference on Scour and Erosion, Paris, France.

Johnson, P. (1991) "Advancing bridge-pier scour engineering". Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, Vol. 117.

Melville, B. and Chiew, Y. (1999). "Time scale for local scour at bridge piers". Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 125(1): pp. 59-65.

Melville, B. and Raudkivi, A. (1996). "Effects of foundation geometry on bridge pier scour". Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 122, No. 4, pp. 203-9.

Raudkivi, A. and Ettema, R. (1983). "Clear-Water scour at cylindrical piers". Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 109, No. 3, pp. 338-50.

Sanoussi, A. and Habib, A. (2008). "Local scour at rounded and sloped face piers with skew angles", The International Conference on Construction and
Building Technoloy, Kuala Lumpur, Malaysia, D(41), 439-461.

Shen, H.W. (1971). "River mechanics", Vol. 1 and Vol. 2, water resources publication. Department of Civil Engineering. Colorado State University.

Shen, H. and Schneider, V. (1969). "Local scour around bridge piers", Journal of the Hydraulics Division, Proceedings of the American Society of Civil Engineering, 95(6): pp. 1919-1941.

Sumer, B.M., Fredsoe, J., Christiansen, N., and Hensen, SB. (1994). "Bed shear stress and scour around coastal structures", Proc., 24th International Coastal Engineering Conference, e. Robert M. Ragan, ed., Kobe, Japan, ASCE, 1595–1609.

Sumer, B.M. and Fredsoe, J. (2002). The mechanics of the scour in the marine environment, Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 17, Word Scientific.

Tseng, M., Yen, C. and Song, C. (2000). "Computation of three-dimensional flow around square and circular piers", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 34, No. 3, pp. 207-27.

Zhao, M. (2010). "Experimental and numerical investigation of local scour around a submerged vertical circular cylinder in steady currents", Journal of Coastal Engineering 57.