«یادداشت تحقیقاتی» بررسی عددی اثر نسبت شعاع انحنا به عرض بر الگوی جریان در قوس 90 درجه

نوع مقاله: یادداشت تحقیقاتی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی عمران- آب، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه

3 استادیار سازه‌های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

چکیده

الگوی جریان در رودخانه‌ها پس از ورود به قوس به شکل مارپیچی بوده و دارای ماهیت کاملاً سه‌بعدی و توأم با آشفتگی زیاد است. با توجه به اهمیت بالای بررسی چنین جریانی، در تحقیق حاضر ابتدا الگوی جریان در یک کانال دارای قوس 90 درجه با بستر صلب که نسبت شعاع به عرض آن برابر 4 است، با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D شبیه‌سازی شد. از روش حجم سیال برای شبیه‌سازی سطح آزاد و از مدل آشفتگی RNG 1 برای بستن معادلات ناویر استوکس استفاده شده است. نتایج بدست آمده تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی نشان دادند. سپس در ادامه، به منظور بررسی نسبت شعاع به عرض بر الگوی جریان، از کانال‌هایی با نسبت های شعاع به عرض 2، 3، 4 و 5 استفاده شد. بر اساس نتایج بدست آمده در خصوص سرعت طولی جریان، در ابتدای قوس بطور کلی برای تمام نسبت‌های شعاع به عرض، سرعت بیشینه در نزدیکی جداره داخلی رخ می‌دهد. به سمت انتهای قوس، برای حالت نسبت شعاع به عرض برابر 2 (تندترین قوس)، سرعت بیشینه در مقطع همچنان در نواحی نزدیک جداره داخلی اتفاق افتاده، اما برای سایر نسبت‌های شعاع به عرض محل وقوع سرعت بیشینه به نواحی نزدیک جداره خارجی منتقل می‌شود. در خصوص سطح آزاد با کاهش نسبت شعاع به عرض (تندتر شدن قوس) شیب جانبی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


 

Flow pattern in river bends is very complicated and fully three dimensional in naturewith high turbulence intensity. This type of flow has a great influence on the river morphology by eroding the outer bank which results in deposits of sediment at the inner bank. Owing to the importance of the study of such flow, in this study flow in bend was simulated using FLOW-3D software. FLOW-3D utilizes a volume of fluid (VOF) method for free surface simulation. RNG  turbulence model was used for closing the 3-D Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. Experimental data from a laboratory study of flow in a rigid bed channel with a 90 degree bend were used to verify the results from the numerical model. The central radius of the bend and ratio of radius of the bend to width were 2.4 m and 4, respectively. Numericalresultsshowedgoodagreementwiththe experimental results. Then four ratios of radius to width of the bend: R/B=2, 3 4 and 5 were simulated to study the effect of ratio of radius to width on flow pattern.Based on the results of the longitudinal velocity component, at the start of the bend the cross-section maximum velocity occurred adjacent to the inner bank for all ratios of radius to width. Toward the end of the bend, in the sharpest bend (R/B=2), maximum velocityoccurred adjacent to theinnerbank, but it shifted to the area close to the outer bank for other ratios of radius to width. The transverse slope of the free surface increases as the ratio of radius to width decreases.

واقفی، م.، قدسیان، م.، و صالحی نیشابوری، ع.ا. (1388)، "مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان سه بعدی و آب شستگی در قوس 90 درجه"، مجله علمی پژوهشی هیدرولیک ایران، دوره سوم، شماره 3، ص.ص. 41-57.

واقفی، م.، قدسیان، م.، و صالحی نیشابوری، ع.ا. (1388)، "مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان سه بعدی پیرامون آب شکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه"، مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک، جلد شانزدهم، شماره دوم، ص.ص. 105-129.

Blanckaert H.J, de Vriend ( 2004).“Secondary flow in sharp open-channel bends ” Journal of Fluid Mechanics. Vol. 498, pp. 353-380.

Booij R. (2002).“Modeling of the secondary flow structure in river bends”, Bousmar, Zech, Editors. River Flow. Lisse: Swets & Zeitlinger.

FLOW-3D Version 9.3 User Manual (2008). Flow Science, Inc.

Lien, H.C., Hsieh, T., Y., Yong, J.C. and Yeh, K.C. (1999). “Bend-flow simulation using 2D depth-averaged model” J. Hyd. Eng., ASCE, 125(10), pp. 1097–1108.

Naji Abhari M., Ghodsian M., Vaghefi M. and Panahpur N. (2010). “Experimental and numerical simulation of flow in a 900, bend”, Flow Measurement and Instrumentation 21, pp. 292-298.

Ghodsian M. and Vaghefi M. (2009). “Experimental study on scour and flow field in a scour hole around a T-shape spur dike in a 90° bend”, International Journal of Sediment Research, Vol. 24, No. 2, pp. 145–158.

 

Rodi W. and Leschziner A. (1978). “Calculation of strongly curved open channel flow”, Journal of the Hydraulic Division, 105(HY10), pp. 1297-1314.

Shukry, A. (1950). “Flow around bends in an open flume”, Transactions, ASCE. 115, pp. 751-779.