مطالعه هیدرودینامیک لایه اختلاطی محاط بر یک ناحیه جدایی جریان کم عمق با استفاده از روش SPIV- بخش اول: ساختار جریان متوسط

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی

2 استاد سازه‌های هیدرولیکی، پژوهشکده مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

لایه‌های اختلاطی یا برشی ساختارهای مهم هیدرودینامیکی هستند که در اغلب مسائل مهندسی هیدرولیک نقش مهمی در شکل‌گیری ساختار عمومی جریان داشته و علاوه بر آن پدیده‌هایی مانند انتقال رسوب، پخش آلودگی و تبادل مومنتم جریان‌های متوسط و آشفته را کاملاً تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این تحقیق، یک ناحیه چرخشی با استفاده از نصب یک مانع جانبی در کانال شکل گرفته و الگوی جریان در امتداد لایه برشی محاط بر ناحیه چرخشی با استفاده از روش سرعت‌سنجی تصویری ذرات با فرکانس 37 هرتز و در موقعیت‌های مختلف اندازه‌گیری شده است. نتایج اندازه‌گیری‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که پدیده تشابه پروفیل‌های سرعت بی بعد شده در طول لایه اختلاطی، بر خلاف لایه اختلاطی کلاسیک تنها در فاصله اندکی از شروع ناحیه چرخشی و همچنین در محدوده باز اتصال مجدد حاکم می‌باشد. روند تغییرات ضخامت لایه اختلاطی نشان از وجود رفتار دوگانه در طول میدان دارد، به نحوی که از شروع لایه اختلاطی تا فاصله 5/3 برابر طول مانع جانبی به سمت پایین‌دست، ضخامت لایه بصورت غیرخطی رشد کرده و در ادامه ضمن وقوع افزایش شدید در ضخامت لایه، تا محل اتصال مجدد، ضخامت لایه بصورت خطی افزایش می‌یابد. شکل‌گیری دو ناحیه چرخشی مجزا و اندرکنش شدید آنها، عامل اصلی پدیده‌های هیدرودینامیکی مزبور می‌باشند

کلیدواژه‌ها


صفرزاده، اکبر (1389). مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان آشفته حول آبشکن با شکل‌های مختلف دماغه، رساله دکتری، دانشگاه تربیت مدرس.

Barbarutsi S., Ganoulis J., and Chu V.H. (1989). Experimental investigation of shallow recirculating flows. J. Hydraul. Eng., 128(10), pp. 891-900.

Brevis W. (2009). Experimental investigation of the flow hydrodynamics in open channel dead zones, PhD Thesis, Universidad de Chile.

Brevis W., and Garcia-Villalba M. (2011). Shallow-flow visualization analysis by proper orthogonal decomposition, J. Hydraulic Res. 49 (5), pp. 586-594.

Castro I.P., and Haque A. (1987). The structure of a turbulent shear layer bounding a separation zone, J. Fluid. Mech., 179(2), pp. 439-468. 

Duan J. (2009). Mean flow and turbulence around a laboratory spur dike, J. Hydraul. Eng., 135(10), pp. 803-811.

Duan J., He L., Fu X., and Wang Q. (2009). Mean flow and turbulence around an experimental spur dike, Adv. Water Resour., 132(12), pp. 1717-1725.

G. Van der Graaf. (2004). Gpiv: An open source project for PIV. PIVNET/ERCOFTAC workshop, Lisbon, Portugal.

Jirka, G.H. (2001). Large scale flow structures and mixing processes in shallow flows, J. Hydraul. Res., 39(6), pp. 567-574.

Haltingen W. T., Biron M. P. and Lapointe F. M. (2007). Predicting equilibrium scour-hole geometry near angled stream deflectors using a three-dimensional numerical flow model, J. Hydraul. Eng., 133(8), pp. 983-988.

Pope S. B. (2000). Turbulent flows. Cambridge University Press.

Rajaratnam N., Nwachukwu B. (1983). Erosion near groyne-like structures, J. Hydraul. Res. 21(4), pp. 277-287.

Rhoads B. L. and Sukhodolov A. N. (2004). Spatial and temporal structure of a shear layer turbulence at a stream confluence, Water Resour. Res. 40, W06304, doi: 10.1029/2003WR002811.

Tingsanchali T. and Maheswaran S. (1990). 2-D depth averaged flow computation near groyne. J. Hydraul. Eng., 116(1), pp. 71-86.

Tukker J. (1997). Turbulence structures in shallow free-surface mixing layers, PhD Thesis, TU Delft.
Uijtewaal W. S. J. and Booij R. (2000). Effects of shallowness on the development of free-surface mixing layers, Phys. Fluids, 12(2), pp. 392-420.

Van Prooijen B. and Uijttewaal W. (2001). Development of large turbulent structures in shallow mixing layers, Proceeding of the 2001 International Symposium on Environmental Hydraulics, Arizona: 1-6 (CD-Rom).

Westerweel J. and Scarano F. (2005). Universal outlier detection for PIV data, Exp. Fluids. 39(6), pp. 1096–1100.

White B. and Nepf H. (2007). Shear instability and coherent structures in shallow flow adjacent to a porous layer, Journal of Fluid Mechanics, 593, pp. 1-32.