بررسی عددی تأثیر طول آب‌شکن مستغرق بر الگوی جریان در کانال باز مستقیم

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران-آب، دانشکده فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات پیشرفته آب و فاضلاب، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی بوشهر

3 دانشیار سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

4 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

یکی از اهداف مهم علم مهندسی رودخانه، محافظت از سواحل رودخانه­ها از پدیده فرسایش ساحل خارجی آن­ها و جلوگیری از جابه­جا شدن مجرای اصلی آن­هاست. آب­شکن از جمله سازه­های هیدرولیکی است که به­منظور حفظ سواحل از فرسایش و تثبیت کناره­ها و افزایش عمق آب رودخانه کاربرد فراوانی دارد. با توجه به کاربرد گسترده این سازه، شناخت الگوی جریان اطراف آن از اهمیت فراوانی برخوردار است. از آن­جا که الگوی جریان در این ناحیه پیچیده و دارای ماهیت سه­بعدی است، شبیه­سازی آن در این تحقیق به­صورت سه بعدی انجام پذیرفت. شبیه­سازی جریان عبوری از آب­شکن مستغرق توسط نرم­افزار FLOW-3D صورت گرفت. برای مدل­سازی سطح آزاد از روش VOF و برای شبیه­سازی آشفتگی­ از مدل RNG k-ε استفاده شده است. بر اساس مقایسه نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی در خصوص پارامترهای سرعت طولی و عمق جریان مشخص شد مدل عددی می‌تواند به­خوبی عبور جریان از آب­شکن مستغرق را شبیه‌سازی نماید. در ادامه اثر طول آب­شکن بر پروفیل­های سرعت، سطح آزاد و الگوی جریان بررسی شد. بر اساس نتایج به­دست آمده، با افزایش طول آب­شکن سرعت بیشینه طولی در دماغه آب­شکن افزایش ‌یافت. در حالت آب­شکن با طول 1/0 متر این سرعت 24 درصد و در حالت آب­شکن با طول 4/0 متر این سرعت 59 درصد نسبت به سرعت متوسط افزایش نشان ‌داد. هم­چنین با افزایش طول آب­شکن سطح آب در بالادست افزایش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effect of Submerged Spur Dike Length on the Flow Pattern in a Straight Open Channel

نویسندگان [English]

  • A Eghbalzadeh 1
  • M Rostamnezhad 2
  • M Vaghefi 3
  • S Elyasi 4
1 Assist. Prof., Dept. of Civil Engineering, Water and Wastewater Research Center, Razi University, Kermanshah, Iran
2 M.Sc. Graduate, Dept of Civil Engineering, Islamic Azad University, Bushehr, Iran
3 Assoc. Prof., of Hydraulic Structures, Dept. of Civil Engineering, Persian Gulf University, Bushehr, Iran
4 M.Sc. Graduate, Dept.of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

یکی از اهداف مهم علم مهندسی رودخانه، محافظت از سواحل رودخانه­ها از پدیده فرسایش ساحل خارجی آن­ها و جلوگیری از جابه­جا شدن مجرای اصلی آن­هاست. آب­شکن از جمله سازه­های هیدرولیکی است که به­منظور حفظ سواحل از فرسایش و تثبیت کناره­ها و افزایش عمق آب رودخانه کاربرد فراوانی دارد. با توجه به کاربرد گسترده این سازه، شناخت الگوی جریان اطراف آن از اهمیت فراوانی برخوردار است. از آن­جا که الگوی جریان در این ناحیه پیچیده و دارای ماهیت سه­بعدی است، شبیه­سازی آن در این تحقیق به­صورت سه بعدی انجام پذیرفت. شبیه­سازی جریان عبوری از آب­شکن مستغرق توسط نرم­افزار FLOW-3D صورت گرفت. برای مدل­سازی سطح آزاد از روش VOF و برای شبیه­سازی آشفتگی­ از مدل RNG k-ε استفاده شده است. بر اساس مقایسه نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی در خصوص پارامترهای سرعت طولی و عمق جریان مشخص شد مدل عددی می‌تواند به­خوبی عبور جریان از آب­شکن مستغرق را شبیه‌سازی نماید. در ادامه اثر طول آب­شکن بر پروفیل­های سرعت، سطح آزاد و الگوی جریان بررسی شد. بر اساس نتایج به­دست آمده، با افزایش طول آب­شکن سرعت بیشینه طولی در دماغه آب­شکن افزایش ‌یافت. در حالت آب­شکن با طول 1/0 متر این سرعت 24 درصد و در حالت آب­شکن با طول 4/0 متر این سرعت 59 درصد نسبت به سرعت متوسط افزایش نشان ‌داد. هم­چنین با افزایش طول آب­شکن سطح آب در بالادست افزایش می‌یابد.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow pattern
  • Flow-3D
  • Numerical simulation
  • Straight Channel
  • Submerged spur dike
Azinfar H and Kells JA, 2007. Backwater effect due to a single spur dike. Canadian Journal of Civil Engineering, NRC Press 34(1): 107-115.
Azinfar H and Kells JA, 2009. Flow resistance due to a single spur dike in an open channel, Journal of Hydraulic Research 47(6): 755-763.
Abhari M., Ghodsian M, Vaghefi M and Panahpur N.2010. Experimental and numerical simulation of
        flow in a 90 bend. Flow Measurement and Instrumentation. 21. 3: 292-298.
Chen F Y and Ikeda S, 1997. Horizontal separation flows in shallow open channels with spur dikes. Journal of Hydro Science and Hydraulic Engineering 15(2): 15-30.
Elyasi  S, Eghbalzadeh A , Javan M and Vaghefi  M, Effect of Section Constriction Due to T-shaped Spur Dike in a Bend on Flow Pattern Using FLOW-3D Software Iranian Journal of Irrigation and Drainage No. 6, Vol. 9, p. 983-993
Farsive A and Sabagh Yazdi SR, 2006.The accuracy of the model to simulate the cell-centered finite volume directed a two-dimensional vortex flow pattern near the breakwater. Seventh International Congress on Civil Engineering, 8-11 May, Tehran, Iran.
Ghodsian M, Vaghefi M and Panahpour N, 2007. Evaluation of two-dimensional flow pattern around the spur dike in 90 degree bend. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources 7(4): 269-283.
McCoy A, Constantinescu SG and Weber L, 2006. Exchange processes in a channel with two vertical emerged obstructions. Journal of Flow Turbulence Combustion 77(1-4): 97-126.
Mioduszewski T, Maeno S and Uema Y, 2003. Influence of the spur dike permeability on flow and scouring during a surge pass Pp. 308-388. Proc. of International Conference on Estuaries and Coasts, 9-11 November, Hangzhou, China.
Molinas A, Kheireldin K and Wu B, 1998. Shear stress around vertical wall abutments. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 124(8): 822-830.
Molinas A and Hafesz Y I, 2004. Finite element surface model for flow around vertical wall abutments. Journal of Fluids and Structures 14: 711-733.
Salehi Neyshaboori AA, Nasiri Saleh F and Sakhi MA, 2002 .Prediction of flow field around the spur dike. The fourth Iranian Hydraulic Conference, 9-11 November, Shiraz, Iran.
Ouillon S and Dartus D, 1997. Three-dimensional computation of flow around groyne. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 123(11): 962-970.
Peng J, Kawahara Y and Tamai N, 1997. Numerical analysis of three-dimensional turbulent flows around submerged groins Pp. 829-834. Proc. of 27th IAHR Congress, Theme A, Managing Water, 10-15 August, San Francisco, CA, USA,
Rajaratnam N and Nwachukwu BA, 1983. Flow near groin-like structures. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 109(3): 463-480.
Sharma K and Mohapatra P, 2012. Separation zone in flow past a spur dike on rigid bed meandering channel. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 138(10), 897–901.
Soliman MM, Attia KM, Talaat AM and Ahmed AF, 1997. Spur dike effects on the river Nile morphology after High Aswan Dam. Pp. 805-810. Proc. of 27th IAHR Congress, Managing Water, Vol. A, 10-15 August, San Francisco, CA, USA,
Tominaga A, Ijima K and Nakano Y, 2001. Flow structures around submerged spur dikes with various relative height. Pp. 421-427.Proc. of 29th IAHR Congress, Theme D, Hydraulic Structures, 16-21 September, Beijing, China.    
Uijttewaal WSJ, 2005. Effects of groins layout on the flow in groins fields: Laboratory experiments. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 131(9): 782-791.
Vaghefi M, Ghodsian M and Adib A, 2016 Experimental study on the effect of Froude Number on temporal variation of scour around a T-shaped spur dike in a 90 degree bend. Applied Mechanics and Material. 147: 75-79
Yazdi J, Sarkardeh H, Azamathulla HM. and Ghani AA, 2010. 3-D simulation of flow around a single spur dike with free-surface flow. International Journal of River Basin Management 8(1): 55-62.