بررسی آزمایشگاهی میدان جریان توسط جت‌های آفست دوگانه

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 - استادیار گروه عمران، دانشگاه خوارزمی تهران

2 استاد دانشکدۀ عمران و محیط زیست و پژوهشکدۀ آب، دانشگاه تربیت مدرس

3 دانش آموختۀ کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در مقالۀ حاضر بررسی میدان جریان شکل گرفته توسط جت‌های دوگانۀ آفست و ارتباط آن با فرایند آبشستگی در مراحل ابتدایی تشکیل حفرۀ آبشستگی بررسی شد. برای این منظور دو آزمایش با عدد فرود مصالح متفاوت در شرایط عمق پایاب زیاد بر روی بستر صلب انجام شد و نتایج مطالعات میدان جریان بر روی بستر صلب با آزمایشات آبشستگی مقایسه شد. مطابق نتایج این تحقیق پارامترهایی مناسب برای بی­بعد سازی و رسیدن به پروفیل‌های خود متشابه در عمق جریان، میزان افت حداکثر سرعت در طول جریان، میزان توسعۀ عمقی جت و پارامترهای نوسانی سرعت از جمله: نوسانات مؤلّفۀ­های طولی و عمقی سرعت و تنش‌های رینولدز ارایه شدند که هماهنگی خوبی بین پروفیل‌های بی­بعد ارایه شده در این تحقیق و نتایج ارایه شده توسط سایر محققان وجود داشت. بررسی تنش‌های رینولدز وارد بر بستر نشان داد که روند تغییرات تنش‌های برشی با استفاده از سه روش استفاده شده تقریبا یکسان بوده و تخمین تنش برشی وارد بر بستر با استفاده از نوسانات عمقی سرعت بیشترین مقدار تنش برشی وارد بر بستر را نشان می­دهد. علاوه­براین اختلاف بین مقادیر تنش برشی محاسبه شده از سه روش مورد مطالعه، برای نواحی با تنش برشی بیشتر، بیشتر است. از میان پارامترهای متعددی که برای تعیین ارتباط بین میزان آبشستگی و پارامترهای آشفتگی نزدیک کف بررسی شد، تنش برشی وارد بر بستر، محاسبه شده از تنش رینولدز، بیشترین هماهنگی را با فرایند آبشستگی داشته و پارامترهایی همچون زوایای اعمال پدیده­های بیرون­رانی و جاروبی و نیز احتمال ایجاد پدیده­ها، پارامترهای مناسبی برای تعیین حاکمیت پدیده­های چهارگانه و تأثیرات آنها بر فرایند انتقال رسوب نیستند.

کلیدواژه‌ها


مهرآیین م.، نوربخش م. و قدسیان م. (1394).  بررسی میدان جریان آشفته اطراف آبشکن T شکل مستغرق نشریه هیدرولیک- دوره 15 ، شماره 3، ص‌ص. 171-178.

مهرآیین م.، قدسیان م. و خسروی مشیزی م. (1395). بررسی تأثیر استغراق آبشکن بر پارامترهای آشفتگی در اطراف آبشکن مستقر در قوس90ᵒ، نشریۀ عمران مدرس، دورۀ 16، شمارۀ 2، ص‌ص. 243-257.

Agelin- Chaab, M. and Tachie, M.F. (2011). "Characteristics and structure of turbulent 3D offset jets." Int. J. Heat Fluid. Fl. 32(3), pp.608-620.

Bey, A. Faruque, M.D. and Balachandar, R. (2007). "Two-Dimensional scour hole problem: role of fluid structures", J. Hydraul. Eng. 133(4), pp.414- 431.

Bhuiyan, F., Habibzadeh, A., Rajaratnam, N. and Zhu, D.Z., (2011). "Reattached turbulent submerged offset jets on  rough beds with shallow tailwater." J. Hydraul. Eng. 137(12), pp.1636-1648.

Biron, P.M., Robson, C., Lapointe, M.F., and Gaskin, S.J. (2004). "Comparing different methods of bed shear stress estimates in simple and complex flow fields." Earth. Sutf. Proc. Land. 29(11), pp.1403–1415.

Bourque, C., and Newman, B. G. (1960). "Reattachment of a two- dimensional incompressible jet to an adjacent flat plate." Aeronautical Quarterly, 11(3), pp.201–232.

Breusers, H.N.C and Raudkivi, A.J. (1991). "Scouring: Hydraulic Structures Design Manual Series.", Volume 2 van IAHR Design Manual, Taylor & Francis.

Dey, D., and Eldho, T.I. (2009). "Effect of spacing of two offset jets on scouring phenomena." J. Hydraul. Res, 47(1), pp.82-89.

Dey, S, Nath, T. K and Bose, S. K. (2010). "Fully rough submerged plane wall-jets." J. Hydro-Environment Res. 4(4), pp.301-316.

Dey, S. and Sarkar, A. (2008). "Characteristics of turbulent flow in submerged jumps on rough beds." J.  Eng. Mech. 134 (1), pp.49-59.

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

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), pp.1717–1725.

Goring, G. and Nikora, V.(2002). "Despiking acoustic doppler velocimeter data." J. Hydraul. Eng. 128( 1), pp.117-126.

Grass, A. J. (1971)."Structural features of turbulent flow over smooth and rough boundaries", Journal of Fluid Mechanics, 50(2), pp.233–255.

Holland, J. T., and Liburdy, J. A. (1990). "Measurements of the thermal characteristics of heated offset jet." Int. J. Heat. Mass. Tran. 33(1), pp.69–78.

Huthnance, J. M., Humphery, J. D., Knight, P. J., Chatwin, P. G., Thomsen, L., and White, M. (2002). "Near-bed turbulence measurements, stress estimates and sediment mobility at the continental shelf edge", Prog. Oceanogr.,52(2–4), pp.171–194.

Keshavarzy, A. R. and Ball, J. E. (1997). "An analysis of the characteristics of rough bed turbulent shear stresses in an open channel", Stoch. Env. Res. Risk. A. 11, pp.193–210.

Keshavarzy, A.R. and Gheisi, A.R. (2006). "Stochastic nature of three dimensional bursting events and sediment entrainment in vortex chamber", Stoch. Env. Res. Risk. A. 21(1), pp.75-87.

Kim, S.C., Friedrichs, C. T., Maa, J. P. Y., and Wright L. D. (2000). "Estimating bottom stress in tidal boundary layer from acoustic doppler velocimeter data." J. Hydraul. Eng. 126(6), pp.399–406.

Kishore, G. R., and Dey, S. (2016). "Hydraulics of submerged offset-jets." 6th International Symposium on Hydraulic Structures. Portland, Oregon, USA, DOI:10.15142/T3550628160853

Ko, N. W. M, and Lau, K. K (1989). "Flow structures in initial region of two interacting parallel plane jets", Exp. Therm. Fluid. Sci. 2(4), pp.431–449

Levin, S. G., and Manion, F. M. (1962). "Jet attachment distance as a function of adjacent wall offset and angle." Technical report, Harry Diamond Laboratories, Army Materiel Command, Washington DC.

Long, D., Steffler, P., and Rajaratnam, N. (1990). "LDA study of flow structure in submerged hydraulic jump." J. Hydraul. Res., 28(4), pp.437– 460.

Mianaei, S. and Keshavarzy, A.R. (2008) "Spatio-temporal variation of transition probability of bursting events over ripples at the bed of the open channel", Stoch. Env. Res. Risk. A. 22(2), pp.257-264.

Nakagawa, H. and Nezu, I. (1997). "Predictions of the contributions to the Reynolds stress from bursting events in open-channel flows", J. Fluid. Mech. 80(1), pp.99–128.

Nasr A. and Lai, J. C. S. (2000) "The effects of wall inclination angle on an inclined offset jet." Proceedings of 10th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal.

Nasr, A., and Lai, J. C. S. (1997) "Comparison of flow characteristics in the near field of two parallel plane jets and an offset plane jet", Phys. Fluids. 9(10), pp. 2919-2931.

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

Nezu, I. and Nakagawa, H. (1993). "Turbulence in open-channel flows." Balkema, Rotterdam, Netherlands.

Nychas S.G., Hershey H.C. and Brodkey R.S. (1973). "A visual study of turbulent shear flow." J. Fluid. Mech. 61, pp.513–540.

Pelfrey, J. R. R., and Liburdy, J. A. (1986). "Effect of curvature on the turbulence of a two-dimensional jet." Exp. Fluids. 4(3), pp.143–149.

Rajaratnam, N. (1965). "The hydraulic jump as a wall jet." J. Hydraul. Div. 91(5), 107-132.

Rajaratnam, N. (1976). "Turbulent jets." American Elsevier publication company, New York.

Rajaratnam, N. and Mazurek, K. (2003). "Erosion of sand by circular impinging water jets with small tailwater." J. Hydraul. Eng. 129(3), pp. 225-229.

Rajaratnam, N. and Subramanya, K. (1968). "Plane turbulent reattached wall jets." J. Hydraul. Div.
94(1), pp.95-112.

Sawyer, R. A. (1960). "The flow due to a two dimensional jet issuing parallel to a flat plate." J. Fluid. Mech. 9(4), pp.543–561.

Sawyer, R. A. (1963). "Two dimensional reattaching jet flows including the effect of curvature on entrainment." J. Fluid. Mech. 17(4), pp.481–498.

Soulsby, R. L. (1983). "The bottom boundary-layer in shelf seas." In Physical Oceanography of Coastal and Shelf Areas, Johns B (ed.). Elsevier: Amsterdam; 189–266.

Thorne, P. D., Williams, J. J., and Heathershaw A. D (1989). "In situ acoustic measurements of marine gravel threshold and transport",  Sedimentology, 36, pp.61–74

Townsend, A. A. (1976). "The structure of turbulent shear flow."  2nd ed., Cambridge University Press, New York.

Wang, X. K., and Tan, S. K. (2007). "Experimental investigation of the interaction between a plane wall jet and a parallel offset jet." Exp. Fluids. 42(4), pp.551–562.

Wygnanski, I., Katz, Y., and Horev, E. (1992). "On the applicability of various scaling laws to the turbulent wall jet", J. Fluid. Mech. 234, 669–690.

Yaeger M.A. (2009). "Mean flow and turbulence around two series of experimental dikes." MSc. thesis, University of Arizona, Department of Hydrology and Water Resources.

Yoon, S. H., Kim, K. C.,  Kim, D. S., and  Chung, M. K. (1995). "Effect of surface roughness on a turbulent wall-attaching offset jet", Exp. Fluids. 19(1), pp.38–42.