نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

مطالعه آزمایشگاهی تنش برشی و سرعت متوسط عمقی جریان در کانال مرکب پیچان

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 گروه علوم و مهندسی آب دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، خراسان رضوی، ایران
چکیده
در این پژوهش تغییرات پارامترهای هیدرولیکی از جمله تنش برشی بستر و دیواره، سرعت متوسط عمقی و انرژی جنبشی جریان در دو شرایط جریان کانال اصلی و سیلابدشتی با عمق و عمق نسبی به ترتیب 12/0 متر و 46/0 در یک کانال مرکب پیچان با سینوسیته 3/1 انجام شد. برای اندازه گیری هر سه مؤلفه سرعت (طولی، عرض و عمقی) از دستگاه سرعت سنج ADV استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش عمق جریان از شرایط جریان کانال اصلی به جریان سیلابدشتی میزان تنش برشی، سرعت متوسط عمقی و انرژی جنبشی کاهش یافته است. نتایج نشان داد که حداکثر سرعت متوسط عمقی در جریان سیلابدشتی در مقایسه با جریان کانال اصلی حدود 90 درصد کاهش یافته است. با افزایش عمق جریان و مقاومت اصطکاکی و کاهش سرعت در سیلابدشت میزان انرژی جنبشی جریان کاهش می یابد. نتایج نشان داد که حداکثر انرژی جنبشی در جریان کانال اصلی 75 درصد بیشتر انرژی جنبشی در جریان سیلابدشتی است. مطالعه تغییرات تنش برشی بستر نشان داد که در جریان کانال اصلی حداکثر تنش برشی بستر در قوس خارجی و در مقاطع میانی در مرکز کانال رخ می دهد. در جریان سیلابدشتی حداکثر تنش برشی بستر در سیلابدشت با عرض بیشتر رخ داد. در مورد تغییرات تنش برشی دیواره مشاهده شد که در جریان سیلابدشتی حداکثر تنش برشی دیواره در فصل مشترک کانال اصلی و سیلابدشت به دلیل افزایش تبادل مومنتوم در این ناحیه رخ داده و پس از آن به سمت دیواره کاهش و دوباره افزایش یافته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


Akbar, Z., Ahmed Pasha, G., Tanaka, N., Ghani, U. & Hamidifar, H. (2024). Reducing bed scour in meandering channel bends using spur dikes. International J. Sediment Research, 39, 243-256.
Baghlani, A. (2013). On Various Dispersion Models for simulating flow at channel bends.  IJST, Transactions of Civil Engineering, 37(C2), 285-299. (In Persian)
Kumar Singh, P., Tang, X., Guan, Y. & Rahimi, H. (2022). Genetic algorithm-assisted data-driven model for boundary shear distribution and stage-discharge: compound open channel flows. J. Hydrology, 615(A), 128546, https://doi.org/10.1016 /j.jhydrol.2022.128564.
Kozioł, A.P. (2013). Three-Dimensional Turbulence Intensity in a Compound Channel. J. Hydraulic Engineering, 139(8), 852–864.
Mera, I., Francat, M.J., Anta, J. & Pena, E. (2015). Turbulence anisotropy in a compound meandering channel with different submergence conditions. Advances in Water Resources, 81, 142-151.
Modalavalasa S., Chembolu, V., Dutta S. & Kulkarni. (2023). Laboratory investigation on flow structure and turbulent characteristics in low sinuous compound channels with vegetated floodplains. Journal of Hydrology, 618, 129178. https://doi.org /10.1016/j.jhydrol.2023.129178.
Mohanta, A., Patra, K. & Pradhan, A. (2020). Enhanced channel division method for estimation of discharge in meandering compound channel. Journal of Water Resource Management, 34(3), 1047-1073.
Mohanty, L. (2013). Velocity distribution in trapezoidal meandering channel. MSc thesis, National Institute of Technology, Rourkela.
Mohanty, P.K., Saine, S.D. & Kishanjit, K.K. (2012). Flow Investigations in a Wide Meandering Compound Channel. International Journal of Hydraulic Engineering, 1(6), 83-94.
Mohato, R.K., Dey, S. & Ali, S.Z. (2021). Instability of a meandering channel with variable width and curvature: Role of sediment suspension. Journal of Physics Fluids, 33, 11401, https://doi.org/10.1063 /5.0074974.
Mostafa, M.M., Ahmed, H.S., Ahmed, A.A., Abdel-Raheem, G.A. & Ali, N.A. (2018). Experimental study of flow characteristics around floodplain single groyne. Journal of Hydro-Environment Research, 22, 1-13.
Naghavi, M., Mohammadi M.A., Mahtabi, G. (2019). Flow Velocity in Meandering Compound Channel under the Influence of Sinusoidal Change. MCEJ, 19(5), 208-219. (In Persian)
Naghavi, M., Mohammadi, M. & Mahtabi, G. (2022). An experimental evaluation of the blocks in floodplain on hydraulic characteristics of flow in a meandering compound channel. Journal of Hydrology, 612(A), 127976, https://doi.org/10. 1016/j.jhydrol.2022.127976.
Naghavi, M., Mohammadi, M., Mahtabi, G. & Abraham, J. (2023). Experimental assessment of velocity and bed shear stress in the main channel of a meandering compound channel with one-sided blocks in floodplain. J. Hydrology, 617, 129073, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129073
Pan, Y., Liu, X. & Yang, K. (2022). Effects of discharge on the velocity distribution and riverbed evolution in a meandering channel. J. Hydrology, 607(3), 127539, https://doi.org/10.1016/j.jhdrol. 2022.127539.
Pradhan, B., Pradhan, S. & Khatua, K.K. (2024). Experimental investigation of three-dimensional flow dynamics in a laboratory-scale meandering channel under subcritical flow condition. Ocean Engineering, 302, 117557, https://doi.org/10.1016/ j.oceaneng.2024.117557.
Rajaratnam, N. & Ahmadi, R.M. (1979). Interaction between main channel and floodplain Flows. J. Hydr.Div. ASCE, 105(HY5), 573-588
Randle, J.T. (2020). Use of multidimensional models to investigate boundary shear stress through meandering river channels. Water, 12(2), 3506, https://doi.org/10.3390/w12123506.
Rao, L.P., Prasad, B.S.S., Sharma, A. & Khatua, K.K. (2022). Experimental and numerical analysis of velocity distribution in a compound meandering channel with double layered rigid vegetated flood plains. Flow Measurement and Instrumentation, 83, 102111, https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst. 2021.102111.
Seo, I.W., Lee, K.W. & Baek, K.O. (2006). Flow Structure and Turbulence Characteristics in Meandering Channel. KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research, 26(5B), 469-479.
Shiono, K., Muto, Y., Knight, D.W. & Hyde, A.F.L. (1999). Energy losses due to secondary flow and turbulence in meandering channels with overbank flows. Journal of Hydraulic Research, 37(5), 641–664.
Spooner, J. (2001). Flow structures in a compound meandering channel with flat and natural bedforms. Loughborough University, Thesis. https://hdl. handle.net/2134/6825.
Zeng, C., Bai, Y., Zhou, J., Qiu, F., Ding, S., Hu, Y. & Wang, L. (2022). Large Eddy Simulation of Compound Open Channel Flows with Floodplain Vegetation. Water, 14, 3951. https://doi.org/10.3390 /w14233951.
Zhang, H.T., Dai, W.H., da Silva, A.M.F. & Tang, H.W. (2022). Numerical study on resistance to flow in meandering channels. Journal of Hydraulic Engineering, 148, 1-14.

  • تاریخ دریافت 03 شهریور 1403
  • تاریخ بازنگری 29 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 28 آبان 1403