بررسی مشاهدات آزمایشگاهی تأثیر مانع مثلثی شکل در کف مخزن بر ساختار جریان گل‌آلود

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار موسسه آموزش عالی اسرار مشهد

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس

3 استاد هیدرولیک، پژوهشکده مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس

4 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

با توجه به رسوبگذاری جریان‌های گل آلود در مخازن سدها، شناخت هیدرودینامیک این جریان‌ها می‌تواند نقش بسزایی در شناخت پدیده‌های حاکم داشته باشد. استفاده از موانع نفوذناپذیر بر سر راه این جریان‌ها یک راهکار مؤثر در افزایش عمر مفید سدها خواهد بود. در این تحقیق تأثیر حضور مانع نفوذناپذیر مثلثی بر مکانیزم حرکت جریان‌های گل‌آلود، بصورت آزمایشگاهی بررسی شده است. سرعت بدنه جریان گل آلود در عمق، با استفاده از سرعت‌سنج صوتی اندازه‌گیری شده و پروفیل‌های غلظت جریان از روش ABS و بر اساس داده‌های پراکنش محاسبه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که وجود مانع سبب کاهش سرعت پیشروی پیشانی جریان گل‌آلود در طول کانال، بطور میانگین تا 35 درصد می‌شود. امواج شکل گرفته در بالادست مانع از نوع A می‌باشد. شکل‌گیری پرش هیدرولیکی بعد از مانع سبب شده است که رژیم جریان ضمن عبور از مانع از حالت فوق‌بحرانی به حالت زیربحرانی تغییر یابد. وجود مانع سبب شکل‌گیری و تغییر در پروفیل‌های سرعت در بالا‌دست مانع می‌شود. به علت وجود مانع یک حوضچه ته‌نشینی رسوب در بالادست مانع شکل گرفته که محل مناسبی برای ته‌نشینی و بدام انداختن رسوبات می‌باشد. راندمان تله‌اندازی ذرات رسوب در پایین‌دست مانع نسبت به مقادیر مشابه در حالت بدون مانع بطور میانگین تا 33 درصد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


اصغری پری. ا ،کاشفی پور. م، قمشی. م، (1388). بررسی اثر غلظت جریان در کنترل جریان غلیظ با مانع در مخازن سدها، هشتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه، اهواز، دانشگاه شهید چمران.

ماروسی. م ، قمشی. م ، بشاورد. ح، (1388). کنترل رسوبگذاری توسط مانع در مخازن سدها، هشتمین سمینار بین­المللی مهندسی رودخانه، اهواز، دانشگاه شهید چمران.

Alexander, J., and Morris, S.A., (1994), “Observation on experimental non-channelized turbidities: thickness variation around obstacles”. Journal of Sedimentary Petrology, V. 64, p. 899-909.

Allen, J. R.L., (1971). “Mixing at turbidity current heads and its geologic implications”, J. Sediment. Petrol., 41: 97-113.

Britter, R. E. and Linden, P. E. (1980). “The motion of the front of a gravity current travelling down an incline”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 99, No. 3, pp. 531-543.

Bose, S. K., and Dey, S. (2009). “Suspended load in flows on erodible bed”, Journal of sediment research, Vol. 24, No. 3, pp. 315-324.

Buckee, C., Kneller, B., and Peakall, J. (2001). “Turbulence structure in steady, solute-driven gravity currents, Sediment transport and deposition by particulate gravity currents”, Special Publication of Int. Association of Sedimentologists, Vol. 31, pp. 173-189.

Bursik, M.I., and Woods, A.W., 2000, “The effects of topography on sedimentation from particle-laden turbulent density currents”, Journal of Sedimentary Research, V. 70, p. 53–63

Cabeza, C., Varela, J., Bove, I., Freire, D., Marti, A. C., Sarasua, L. G., Usera, G., Montagne, R. and Araujo, M., (2009), “Two-layer stratified flows over pronounced obstacles at low-to-intermediate Froude numbers”. Physics of Fluids 21, 044102-10.

Chen, C. and Rottman, J. W., (1994), “Numerical simulation of upstream blocking, columnar disturbance, and bores in stably stratified shear flow over an obstacle”, American Meteorological Society, Vol. 122, pp:2506-2529.

Ellison, T. H. and Turner, J. S; (1959), "Turbulent entrainment in stratified flows." Journal of Fluid Mechanics; 6(3), 423-448.

Kawanisi, K. S., and Yokosi, (1997). “Measurements of suspended sediment and turbulence in tidal boundary layer”. Continental Shelf Research., Vol. 17, pp. 859-875.

Kneller, B.C. and Buckee, C., (2000), “The structure and fluid mechanics of turbidity currents”, Sedimentology 47, 62–94.

Lane-Serff, G. F., Beal, L. M. and Hadfield, T. D. (1995). “Gravity current flow over obstacles”, J. Fluid Mech, V. 292, pp. 39-53

Lawrence, G.A., (1993), “The hydraulic of steady two-layer flow over a fixed obstacle”, J. Fluid Mech., V. 254, pp. 605-633.

Middleton, G. V., (1970) “Experimental studies related to problems of Flysch sedimentation”, In Flysch Sedimentology in North America, ed, J. Lajoie, Geol. Assoc. Can. Spec. Pap. Vol. 7, pp. 253- 272.

Muck, M.T. and Underwood, M.B., (1990), “Upslope flow of turbidity currents: a comparison among field observations, theory, and laboratory methods”, Geology, 18, 54-57.

Nikora, V. I., Goring, D. G., and Ross, A., (2002). “The structure and dynamics of the thin near-bed layer in a complex marine environment”. Estuarinc, Coasttal and Shelf Science, Vol. 54, pp. 915-926.

Oehy, Ch. and A. Schleiss, (2007), “Control of turbidity currents in reservoir by solid and permeable obstacles”, J. Hydr. Eng., ASCE, Vol. 133, No. 6, pp. 637-648.

Oshaghi, M. R., Afshin, H., and Firoozabadi, B. (2013). “Experimental investigation of the effect of obstacles on the behaviour of turbidity currents”, Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 40, No. 3, pp. 343-352.

Parker, G; Garcia, M; Fukushima, Y. and Yu, W; "Experiments on turbidity currents over an erodible bed." Journal of Hydraulic Research; 25(1), 1987, 123-147.

Prinos, P. (1999), “Two-dimensional density currents over obstacles.” Proc., 28th IAHR Congress, Graz, Austria, Theme D.

Rottman, J. W. and Simpson, J. E., (1989), “The formation of internal bores in the atmosphere: A laboratory model”, Q. J. R. Meteorol. SOC., V. 115, pp. 941-963.

Simpson, J. E., (1997), Gravity Currents: In the Environment and the Laboratory, 2nd edn. Cambridge University Press.

Theorne, P. D.,Vincent, C. F., Hardcastle, P. J., Rehman, S., and Pearson, N., (1991). “Measuring suspended sediment concentration using Acoustic Backscatter Devices”. Marine Geology, Vol. 98, pp. 7-16.

Thevenot, M. M. and Kraus, N. C., (1993). “Comparison of  Acoustical and optical measurements suspended material in the Cheapeak estuary”. Journal of Marine Environmental Engineering, Vol. 1, pp. 65-79.

Tsihrintzis, V. A. and Alavian, V., (1996). “Spreading of three-dimensional inclined gravity plumes.” Journal of Hydraulic Research, 34(5), 623-630.

Verstraeten, G. and Poesen, J., (2000). Estimating trap efficiency of small reservoirs and ponds: methods and implications for the assessment of sediment yield. Physical Geography 24(2), 219–251.

Wilkinson, D. L., and Wood, I. R., (1971), “A rapidly varied flow phenomenon in a two-layer flow”, J. Fluid Mech., V. 47, pp. 241-256.