«یادداشت تحقیقاتی» کاربرد آنالیز کوادرانت به منظور تعیین سهم هر یک از رخدادهای ترکشی در پدیده آبشستگی اطراف پایه پل

نوع مقاله: یادداشت تحقیقاتی

نویسندگان

1 هیات علمی دانشگاه اردکان

2 هیات علمی دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آب دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

برای مقابله با پدیده مخرب آب‌شستگی موضعی در اطراف پایه پل، باید عوامل ایجاد کننده آن را شناخت. دلیل اصلی ایجاد آب‌شستگی، تغییر الگوی جریان و ایجاد دو سیستم گردابی در اطراف پایه است که باعث تخریب بستر، ایجاد گرداب‌ها و آب‌شستگی و انتقال رسوب در اطراف پایه‌ها می‌شود. مطالعات نشان داده که انتقال رسوب در نزدیک بستر، به میزان زیادی به چهار واقعه پدیده ترکشی1 مرتبط می‌باشد. آنالیز کوادرانت روشی برای مطالعه این پدیده و ابزاری برای بررسی تنش های رینولدز ناشی از جریان‌های آشفته می‌باشد. در این مطالعه سرعت جریان با استفاده از دستگاه سرعت‌سنج صوتی اندازه‌گیری شد و با استفاده از آنالیز کوادرانت، سهم هر یک از رخدادهای چهارگانه پدیده ترکشی در چاله آبشستگی اطراف یک پایه استوانه ای در یک کانال آزمایشگاهی بررسی و تعیین گردید. نتایج نشان داد که رخداد غالب جریان رفت و برگشتی (Q4)، سپس جریان پس‌زنی (Q2)، بعد از آن جریان بیرونی (Q1) و به دنبال آن جریان درونی (Q3) در کل عمق جریان است، به جز در چند نقطه نزدیک سطح بستر و درون چاله آبشستگی که با افزایش عمق جریان سهم جریان پس‌زنی بیشتر و مهمتر از سهم جریان رفت و برگشتی می گردد. نکته دیگر، کاهش سهم جریان رفت و برگشتی و جریان پس‌زنی با دور شدن از سطح بستر و افزایش سهم رخدادهای ربع اول و سوم در تولید تنش رینولدز می‌باشد، بطوری که در نزدیک سطح آب سهم هر چهار رخداد تقریباً یکسان می‌شود. هم چنین مشخص شد که با دور شدن از پایه تغییری در سهم رخدادهای ترکشی ایجاد نمی‌شود.  

کلیدواژه‌ها


سلطانی گردفرامرزی، س. (1391). "کنترل و کاهش آب­شستگی موضعی پایه پل با استفاده از جت." رساله دکتری علوم و مهندسی آب، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران.

Afzalimehr, H., R. Moghbel, J. Gallichand and J. Sui. (2011). "Investigation of turbulence characteristics in channel with dense vegetation". Int. J. Sediment Res. 26(3): 269-282.

Ahmed, F. and N. Rajaratnam. (1998). "Flow around bridge piers". J. Hyd. Eng. 124(3): 288–300.

Dey, S., S. Bose and G. L. N. Sastry. (1995). "Clear water scour at circular piers: a model". J. Hyd. Eng. 121(12): 869-876.

Dey, S. and. R. V. Raikar. (2007). "Characteristics of horseshoe vortex in developing scour holes at piers". J. Hyd. Eng. 133(4): 399-413.

Dey S. and T. Nath. (2010). "Turbulence characteristics in flows subjected to boundary injection and suction". J. Eng. Mech. 136(7): 877–888.

Drake T. G., R. L. Shreve, W. Dietrich, P. J. Whiting and L. B. Leopold. (1988). "Bed-load transport of fine gravel observed by motion-picture photography". J. Fluid Mech. 192: 193–217.

Graf, W. H. and I. Istiarto. (2002). "Flow pattern in the scour hole around a cylinder". J. Hyd. Res. 40(1): 13-19.

Kumar, A. and U. C. Kothyari. (2012). "Three-dimensional flow characteristics within the scour hole around circular uniform and compound piers". J. Hyd. Eng. 138(5): 420-429.

Kurniawan, A. and M. S. Altinakar. (2002). "Velocity and turbulence measurements in a scour hole using an Acoustic Doppler Velocity Profiler. Third International Symposium on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering", EPFL, Lausanne, Switzerland.

Lu, S. S. and W. W. Willmarth. (1973). "Measurements of the structure of the Reynolds stress in a turbulent boundary layer". J. Fluid Mech. 60: 481-511.

Mazumder B. S., D. K. Pal, K. Ghoshal and S. P. Ojha. (2009). "Turbulence statistics of flow over
isolated scalene and isosceles triangular-shaped bedforms". J. Hyd. Res. 47(5): 626–37.

Nakagawa, H. and I. Nezu. (1978). "Bursting phenomenon near the wall in open channel flow and its simple mathematical model". Facualty of Engineering, Kyoto University, Japan, XL. 40(4): 213–40.

Nelson, J. M., R. L. Shreve, S. R. Mclean and T. G. Drake. (1995). "Role of near-bed turbulence structure in bed-load transport and bed form mechanics". Water Resour. Res. 31(8): 2071–2086.

Nezu, I. and H. Nakagawa. (1993). Turbulence in open channel flows. Balkema, Rotterdam: IAHR Monograph.

Sarkar, S. and S. Dey. (2010). "Double-averaging turbulence characteristics in flows over a gravel bed". J. Hyd. Res. 48(6): 801-809.

Soltani-Gerdefaramarzi, S., Afzalimehr, H., Chiew, Y.M. and Lai, J.S. (2013a). "Jets to control scour around circular bridge piers". Canadian Journal of Civil Engineering. 40:204-212.

Soltani-Gerdefaramarzi, S., Afzalimehr, H. Chiew, Y.M., and Ghasemi, M. (2013b). "Turbulent characteristics in flow subjected to bed suction and jet injection as a pier scour countermeasure". Journal of Hydraulic Structure. 1(1):1-9.

Soltani-Gerdefaramarzi, S., Afzalimehr, H., Chiew, Y.M. and Gallichand, J. (2014). "Reduction of pier scour using bed suction and jet injection". Water Management. 167(WM2):167-114.

Tang, H. W., B. Ding, Y. M. Chiew and S. L. Fang. (2009). "Protection of bridge piers against scouring with tetrahedral frames". Int. J. Sediment Res. 24(4): 385-399.