بررسی آزمایشگاهی توزیع سرعت و تنش برشی جریان در قوس 90 درجه همراه و بدون وجود سری آبشکن‏ها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

چکیده

آبشکن‏ها از جمله سازه‏های موثر و به صرفه جهت حفاظت سواحل رودخانه‏ها در محل قوس‏ها هستند. تحلیل جریان در قوس محافظت شده توسط سری آبشکن‏ها پیچیده‏ است. دلیل اصلی این مسئله تأثیرات آبشکن‏ها بر الگوی جریان و جریان‏های ثانویه و همچنین تأثیرات متقابل آبشکن‏ها برهم است. در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی تأثیر سری آبشکن‌های غیرمستغرق بر متغیرهایی مانند توزیع سرعت متوسط، جریان‏های ثانویه و تنش برشی پرداخته شده است. آزمایش‏ها در یک فلوم قوسی 90 درجه به عرض 7/0 متر و ارتفاع 8/0 متر انجام گرفت. نسبت  قوس برابر 4 و عمق جریان 14/0 متر بود. آبشکن‏ها به شکل غیر مستغرق و با سه طول 15، 20 و 25 درصد عرض کانال به کار گرفته شدند همچنین فاصله آبشکن‏ها 3 برابر طول آن‏ها بود. نتایج مطالعه نشان می‏دهد که وجود سری آبشکن‏ها سبب یکنواختی سرعت بالادست و انتقال ناحیه‏ پرسرعت از مجاورت دیواره‏ خارجی به سمت میانه‏ کانال تا دیواره‏ داخلی می‏شود، همچنین قرارگیری سری آبشکن‏ها در دیواره خارجی قوس سبب کاهش قدرت جریان ثانویه در کانال می‏گردد. تنش برشی بستر در اثر وجود آبشکن‏ها افزایش یافته و افزایش طول آبشکن‏ها باعث بیشتر شدن آن می‏شود اما تأثیر چندانی بر موقعیت مکانی رخداد تنش برشی بیشینه ندارد بطوری که در تمام حالت‏ها، تنش برشی بیشینه در زاویه‏ 70 تا 80 درجه قوس رخ داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation on Velocity and Shear Stress Distributions in a 90-Degree Bend With and Without Series of Groynes

چکیده [English]

Groynes are effective and economical structures for river bank protection along bends. The flow analysis around the constructed groynes along the outer bank is complicated. This is mainly due to the effects of groynes on the flow pattern and secondary currents and also interaction effects between the groynes. In the present paper, the effects of series of  groynes  along a 90-degree mild bend on the flow variables such as mean flow distribution, secondary currents and shear stresses have been investigated. The experiments were carried out in a bend flume with 0.7 m width and 0.8 m height. The R/B ratio for the channel bend was 4 and depth of flow was 0.14 m. The non-submerged Groynes were used in 3 lengths: 15%, 20% and 25% of the channel width. Also the groyne spacing was 3 times greater than its length. The analysis of data showed that the presence of groynes caused uniformity in the velocity distribution at upstream and the high velocity zone moved toward the center of the channel and inner wall. Groynes also reduced strength of the secondary currents. Due to existance of groynes relative shear stress was increased and by increasing of groynes lengths it was increased but lengths of groynes didn’t have significant effect on the location of relative maximum shear stresses and it happend at sections of 70 to 80 degrees of bend in all conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow pattern
  • Groyne
  • Secondary currents
  • Shear stress
  • 90-Degree bend
پورنصیری م، پیرستانی م‏ر و مجدزاده طباطبائی م‏ر 1387. بررسی تغییرات جریان حلزونی در کانال‏های قوسی U شکل. مجموعه مقالات هفتمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه صنعت آب و برق(شهید عباسپور)، تهران.
قدسیان م، 1388. بررسی آبشستگی،رسوبگذاری و الگوی جریان اطراف آبشکن در قوس 90 درجه. گزارش نهایی، طرح تحقیقاتی   شرکت سهامی مدیریت منابع آب ایران.
قدسیان م، واقفی م و پناه‏پور ن، 1387. بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان دو بعدی اطراف آب‏شکن در قوس 90 درجه. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی، جلد 15، شماره 4. صفحه‏های 269 تا 282. 
واقفی م و قدسیان م، 1389. مطالعه‏ آزمایشگاهی قدرت جریان ثانویه و مقدار ورتیسیتی در قوس 90 درجه با آبشکن T شکل منفرد. نشریه مهندسی عمران، سال 21، شماره 2. صفحه‏های 112 تا 130.
Abad JD and Rhoalds BL, 2008. Flow structure at different stages in a meander-bend with bendway weirs. Journal of Hydraulic   Engineering ASCE 134: 1052-1063.
Blanckaert K and Graf  WH, 2001. Mean flow and turbulence in open-channel bend. Journal of Hydraulic Engineering ASCE 127: 835-847.
Duan J, Li H, Xudong F and Quangqian W, 2009.  Mean flow and turbulence around experimental spur dike. Advances in Water Resources 32: 1717-1725.
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 24: 145-158.
Giri S, Shimizu Y and Surajata B, 2004. Laboratory measurement and numerical simulation of flow and turbulence in a meandering-like flume with spurs. FlowMeasurement and Instrumentation 15: 301-309.
Naji Abhari M, Ghodsian M, Vaghefi M and Panahpur N, 2010. Experimental and numerical simulation of flow in a 90 degrees bend. Flow Measurement and Instrumentation 21: 292-298.
Richardson W, 2002. Simplified model for assessing meander bend migration rates.  Journal of Hydraulic Engineering ASCE 128: 1094-1097.
Shukry A, 1950. Flow around bends in an open flume. Transactions, ASCE 115: 751-788.
Smith JD and Mclean SR, 1984. A model for flow in meandering streams.Water Resources Research 20: 1301-1315.