بررسی الگوی حرکت ذره در حوضچه‌ی رسوب‌گیر گردابی مبتنی بر تکنیک ردیابی ذره

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 علوم و مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار، دپارتمان علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 پژوهشگر پسادکتری، دانشگاه فردوسی مشهد.

4 دانشیار گروه مهندسی بیوسیستم دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

حوضچه‌های رسوبگیر گردابی، نوع کارآمدی از سازه‌های رسوبگیر پیوسته در تصفیه‌ی آب می باشند. مطالعه و اصلاح راندمان حذف رسوب در این نوع حوضچه به طور قطع به شناخت الگوی حرکت ذره و خصوصیات آن بستگی دارد. در پژوهش حاضر با تصویربرداری دو بعدی و پردازش تصویر به مطالعه حرکت ذره در میدان جریان گردابی در یک مدل آزمایشگاهی از حوضچه رسوبگیر پرداخته شد. درصد احتمال تله اندازی ذره تعیین و سرعت ذره در سه بعد با استفاده از تکنیک ردیابی ذره و به کمک نرم افزار MATLAB 2020، محاسبه شد. هم‌چنین مسیر جریان ذره و پروفیل سطح آب، ترسیم گردید. نتایج نشان داده است که توزیع سرعت‌ در حوضچه‌ی گردابی به صورت تابع سینوسی می باشد و تطابق خوبی بین پروفیل سطح آب به دست آمده از اندازه‌گیری مستقیم و پروفیل به دست آمده از پردازش تصویر وجود دارد که میانگین خطای نسبی آن 36/1 درصد محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها


Athar, M., Kothyari, U.C. and Garde, R.J. (2003). Distribution of sediment concentration in the vortex Chamber type sediment extractor. Journal of Hydraulic Research, 41, 427-438.
Cecen, K., Bayazit, M. (1975). Some laboratory studies of sediment controlling structures. Proc. 9th Cong. ICID, Moscow, Soviet Union, 107-111.
Chabokpour, J. and Farhoudi, J. (2011). Sediment Extraction and flow structure of Vortex Settling Basin. 6th National Congress on Civil Engineering, 14(5), 782-793.
Duinmeijer, A. Oldenziel, G. and Clemens, F. (2020). Experimental study on the 3D-flow field of a freesurface vortex using stereo PIV. Journal of Hydraulic research, 58(1), 105-119.
Huang, T.-H., Jan, C.-D. and Hsu, Y.-C. (2017). Numerical simulations of water surface profiles and vortex structure in a vortex settling basin by using Flow-3D. Journal of Marine Science and Technology, 25(5), 531-542.
Keshavarzi, A.R. and Gheisi, A.R. (2006). Trap efficiency of vortex settling basin for exclusion of fine suspended particles in irrigation canals. J. Irrig. Drain. Engng. 55(4), 419-434.
Mulligan, S., Casserly, J. and Sherlock, R. (2016).  Effects of Geometry on Strong Free-Surface                     Vortices in Subcritical Approach Flows. Journal of Hydraulic Engineering, 142(11), https://doi.org/ 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001194.
Mulligan, S., Casserly, J. Giovanni, D. and Sherlock, R. (2018). Understanding Turbulent   Free Surface Vortex Flows using a Taylor-Couette flow analogy. Sci Rep 8, 824(2018).
Nikou, N.S.R., Ziaei, A.N., Ansary, H. and McDonough, J.M. (2021a). Flow field Investigation in a Vortex Settling Basin using Acoustic Doppler Velocimetry and Large Eddy Simulation. Water and Environment Journal, 35, 865-883.
Nikou, N.S.R., Ziaei, A.N. and McDonough, J.M. (2021b). Numerical Modeling of Flow Field in Three Types of Vortex Settling Basins. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(12). https ://doi.org/10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001628.
Nikou, N.S.R., Ziaei, A.N. and Dalir, M. (2022). Study of Effective Parameters on Performance of Vortex Settling Basins Using Taguchi Method, ASCE Journal of Irrigation and Drainage Engineering. Vol. 148(2). https://doi.org/10.1061/ (ASCE)IR.1943-4774.0001648
Paul, T.C. (1988).  Designing circulation Chamber   Sediment   Extractor. Report   No.  OD   91 Hydraulics Research Limited, Wallingford, UK.
Rankine, W.J.M. (1858). A Manual of Applied Mechanics, Charles Griffin, London.
Roseberry, J.C, Schmeeckle, M.W and Furbish, D. J. (2012). A probabilistic description of the bed load Sediment flux: 2. Particle activity and motions. Journal of Geophysical Research, 117(F3). https://doi.org/10.1029/2012JF002353.
Shin, S.S. Park, S.D and Lee, S.K. (2016). Measurement of Flow Velocity Using Video Image of Spherical Float. Procedia Engineering, 154, 885 – 889.
Sun, H. and Liu, Y. (2015). Theoretical and experimental study on the vortex at hydraulic intakes. Journal of Hydraulic Research, 53(6), 787–796.
Witz, M.J., Cameron, S. and Nikora, V. (2018). Bed Particle Dynamics at Entrainment. Journal of   Hydraulic Research, 57(4), 464-474.