بررسی پدیدة انفجارآشفتگی اطراف آبشکن مستغرق در خم کانال

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار گروه عمران، دانشگاه خوارزمی، تهران

2 استاد دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، پژوهشکدۀ مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

در تحقیق حاضر بررسی میدان جریان در نزدیک بستر اطراف آبشکن مستغرق قرار گرفته در قوس انجام شد. برای این منظور میدان جریان اطراف آبشکن‌های مستغرق با استفاده از دستگاه ADV اندازه‌گیری و بحث و بررسی در مورد پدیدۀ انفجار آشفتگی در نزدیک بستر انجام شد. برای تحلیل دقیق میدان جریان نزدیک بستر از پارامترهای مختلف آماری و آشفتگی از جمله سرعت میانگین جریان، احتمال ایجاد پدیده‌های چهارگانه، زاویۀ اعمال پدیده‌های چهارگانه، میزان پایداری و تبدیل پدیده‌ها به یکدیگر، تنش‌های رینولدز و شار انرژی آشفتگی استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که ارتباطی بین میدان جریان و فرایند آبشستگی که توسط تحقیقات پیشین ارایه شده است، وجود دارد. شار انرژی آشفتگی، تخمین تنش‌های برشی وارد بر بستر، احتمال ایجاد پدیده‌ها و زوایای اعمال پدیده‌ها می‌توانند برای شناسایی نقاط مستعد آبشستگی استفاده شوند. تشکیل جریان‌های برگشتی در بالادست و پایین‌دست آبشکن موجب تقویت پدیده‌های اندرکنشی در این نواحی شده، در حالی که پدیده‌های بیرون رانی و جاروبی در ناحیۀ خارج از جریان‌های برگشتی سهم بیشتری داشته و در محدودۀ لایۀ برشی تشکیل شده در اطراف آبشکن قدرت بیشتری دارند. مقایسۀ بین فرایند انتقال رسوبات در اطراف آبشکن مستغرق با درصد استغراق کم و زیاد نشان داد که قدرت بیشتر تنش‌های برشی وارد بر بستر یکی از عوامل انتقال رسوبات از ناحیۀ نوک بالادست آبشکن با درصد استغراق کم می‌باشد، در حالی که در آبشکن با درصد استغراق زیاد افزایش تنش برشی وارد بر بستر در پایین‌دست آبشکن و در ناحیۀ برگشتی جریان، به‌دلیل ریزش جریان از تاج آبشکن موجب آبشستگی و حمل رسوبات توسط جریان برگشتی در این منطقه به سمت جان آبشکن و ته نشینی می‌شود. تفاوت موجود بین حداکثر مقادیر تنش‌های برشی وارد بر بستر بین آبشکن با درصد استغراق زیاد و کم و نیز بیشتر بودن شار انرژی آشفتگی در آبشکن با درصد استغراق کم در این نواحی می‌تواند قدرت بیشتر جریان برای آبشستگی در اطراف آبشکن با درصد استغراق کم و بزرگتر بودن حفرۀ آبشستگی در اطراف این نوع آبشکن را توجیه کند.          

کلیدواژه‌ها


خسروی مشیزی، م. (1390). "بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن T شکل مستغرق در قوس90درجه". پایان­نامۀ کارشناسی ارشد، دانشکدۀ مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

شریعت زاده، ی. (1390). "بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن Tشکل جاذب و دافع، مستقر در قوس 90 درجه در حالت استغراق". پایان­نامۀ کارشناسی ارشد، دانشکدۀ مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

صفرزاده گندشمین، ا. (1389). "مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان آشفته حول آبشکن با شکل‌های مختلف دماغه". رساله دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

فضلی،  م. (1387). "مطالعه آزمایشگاهی الگوی آبشستگی پیرامون آبشکن مستقر در قوس 90 درجه". رساله دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

Bey, A., Faruque, M. and Balachandar, R. (2007). “Two-dimensional scour hole problem: role of fluid structures.” J. Hydr. Eng., 133(4), 414- 431.

Biron, P., Robson, C., Lapoinet, M.F. and Gaskin, S.J. (2004). “Comparing different methods of bed shear stress estimates in simple and complex flow fields.” Earth Surf. Process. Landforms. 29, 1403–1415.

Camino, A., Zhu, D. and Rajaratnam, N. (2012). “Jet diffusion inside a confined chamber.” J. Hydraul. Res. 50(1), 121–128.

Carlos, M., Cantero, N., Nino, Y., and Garcia, H. (2005). “Turbulence measurements with acoustic doppler velocimeters.” J. Hydraul. Eng. 131(12), 1062–1073.

Coleman, S. E., Lauchlan, C. S. and Melville, B. W. (2003). “Clear-water scour development at bridge abutments.” J.  Hydraul. Res., 41(5), 521-532.

Dey, S. and Barbhuiya, A. K. (2006). “Velocity and turbulence in a scour hole at a vertical wall abutment.” Flow. Mea. Instru. 17, 13–21.

Duan, J. G., He, L., Wang, G. Q. and Fu, X. D., (2009). “Mean flow and turbulence around experimental spur dike.” Adv. Water. Resour. 32(12), 1717–1725.

Duan, J. G., He, L., Wang, G. Q. and Fu, X. D. (2011). “Turbulent burst around experimental spur dike.” Int. J. Sediment. Res. 26(4), 471-486.

Elawady, E. and Mansanori, M. (2000). “Experimental study of flow behavior around submerged spur-dike on rigid bed.” Annual J. Hydraulic Eng. 44, 539-544.

Fazli, M, Ghodsian, M. and Salehi Neyshaboury, S. A. A. (2008). “Scour and flow field around a spur dike in a 90° bend”. Int. J. Sediment Res. 23(1), 56-68.

Goring, D. and Nikora, V. (2002) “Despiking acoustic doppler velocimeter data.” J. Hydraul.
Eng, 128(1), 117–126.

Hinze, J. O. (1975). Turbulence. McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering.

Kim, H. T., Kline S. J. and Reynolds W. C. (1971). “The production of turbulence near a smooth wall in a turbulent boundary layer.” J. Fluid Mech. 50, 133-160.

Kuhnle, R. A. and Alonso, C. V. (2013). “Flow near a model spur dike with a fixed scoured bed.” Int. J. Sediment Res. 28(3), 349-357.

Kuhnle, R. A., Alonso, C. V. and Jia, Y. J. (2008). “Flow around a submerged trapezoidal spur dike test case.” J. Hydraul. Eng, 128(12), 1087-1093.

Leschziner, M. A. and Rodi, W. (1979). “Calculation of strongly curved open channel flow.” J. Hydrau. Div. 105(10), 1297-1314.

Mianaei, S. J. and Keshavarzy, A. R. (2008). “Spatio-temporal variation of transition probability of bursting events over the ripples at the bed of open channel.” Stoch. Environ. Res. Risk. Assess. 22, 257–264

Nezu, I. and Nakagawa, H. (1993). Turbulene in open-channel flow. IAHR Monograph Series, Balkema, Rotterdam, The Netherlands.

Niell, C. R. (1973). Guide to bridge hydraulics, University of Toronto Press, Toronto, Canada.

Pagliara, S., Hassanabadi, L. and Mahmoudi Kurdistani, S. (2015). “Clear water scour downstream of log deflectors in horizontal channels.” J. Irrig. Drain. Eng. 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0000869.

Soulsby, R. L. and Dyer, K. R. (1981). “The form of the near-bed velocity profile in a tidally accelerating flow.” J. Geophysical Research, 86, 8067-8074.

Vaghefi, M. and Ghodsian, M. (2009). “Experimental study on the effect of a T-shaped spur dike length on scour in a 90° channel bend.” Arab. J. Sci. Eng., 34(2), 337-348.

Vaghefi, M., Ghodsian, M. and Salehi Neyshabouri, S. A. A. (2012). “Experimental study on scour around a T-shaped spur dike in a channel bend.” J. Hydraul. Eng. 138(5), 471–474.

Yaeger, M. A. (2009). “Mean flow and turbulence around two series of experimental dikes.” Msc Thesis, University of Arizona.