مطالعه هیدرودینامیک لایه اختلاطی محاط بر یک ناحیه جدایی جریان کم عمق با استفاده از روش SPIV– بخش دوم: مشخصات آشفتگی، ساختارهای لحظه‌ای و مکانی

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

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

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

چکیده

در این مقاله الگوی جریان در امتداد لایه اختلاطی محاط بر یک ناحیه چرخشی، با استفاده از روش سرعت‌سنجی تصویری ذرات سطحی (SPIV) در موقعیت‌های مختلف اندازه‌گیری شده است. همچنین از تکنیک تزریق ماده رنگی اورانین در مجاورت نورUV برای آشکارسازی ساختارهای مکانی گردابه‌های آشفتگی در طول لایه اختلاطی استفاده شده است. نتایج اندازه‌گیری‌های صورت گرفته نشان می‌دهد که محدوده وقوع حداکثر مقدار انرژی جنبشی آشفتگی و همچنین تنش‌های رینولدز منطبق بر محدوده وقوع تغییر در رفتار لایه اختلاطی می‌باشد. بلافاصله در پایین‌دست مانع و در امتداد لایه اختلاطی، توزیع طیفی انرژی آشفتگی ضمن همخوانی مناسب با توزیع 3/5- کولموگروف، مؤید سه بعدی بودن جریان است. با حرکت به سمت پایین‌دست، توزیع طیفی انرژی آشفتگی در محدوده فرکانس‌های پائین، با شیب 3- تنزل می‌یابد که مشخصه اصلی ساختارهای آشفتگی دو بعدی سطحی می‌باشد. در محدوده باز اتصال مجدد و در انتهای لایه اختلاطی، مجدداً شیب 3/5- مشخصه غالب توزیع فرکانسی انرژی جنبشی آشفتگی است که در این حالت، سه بعدی بودن جریان ناشی از نقش تنش برشی بستر و غلبه آن بر ساختارهای دوبعدی آشفتگی می‌باشد. وجود دو ناحیه چرخشی غیر همسو در پایین‌دست مانع، باعث تغییر در رفتار چرخشی گردابه‌های لحظه‌ای داخل لایه اختلاطی شده و همین پدیده علاوه بر تغییر در مشخصات لحظه‌ای، ساختار مکانی لایه اختلاطی را نیز تغییر می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


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

Davidson, P.A. (2004). Turbulence: An introduction for scientists and engineers, Oxford University Press.

 

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

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

Tennekes, H. and Lumley J.L. (1972). A first course in turbulence, MIT Press.

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).