مطالعه آزمایشگاهی پروفیل‌های سرعت و غلظت جریان غلیظ در قوس 90 درجه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- دانشجوی دکترای تخصصی سازه‌های آبی، دانشکده علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 استاد گروه سازه‌های آبی، دانشکده علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

جریان غلیظ، جریانی است که به­علت اعمال نیروی ثقل بر روی دوسیال دارای چگالی متفاوت به­وجود می­آید. در این تحقیق تأثیر شعاع انحنای قوس بر پروفیل­های سرعت و غلظت جریان غلیظ مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایش­ها در یک کانال آزمایشگاهی با سه شعاع انحنای 40، 80 و 120 سانتی­متر انجام شد. برای اندازه­گیری مؤلفه­های سرعت در راستای طولی جریان (u)، در عرض کانال (v) و نیز در راستای قائم (w) از سرعت­سنج داپلر اکوستیک (ADV) استفاده شده است. قبل از ورود به قوس، جریان موجود در مجرا جریان طولی می­باشد. در مجاری باز، جریان در قوس در نزدیک سطح آب به­طرف جداره بیرونی بوده و در نزدیکی بستر به­سمت جداره داخلی قوس می­باشد. نتایج نشان می­دهد در جریان غلیظ بیشترین میزان سرعت در نزدیکی کف کانال اتفاق می­افتد. هم­چنین به­دلیل لایه­بندی غلظت، نیروی ناشی از اختلاف فشار علاوه بر اختلاف ارتفاع به شتاب ثقل کاهش یافته و غلظت جریان غلیظ نیز بستگی داشته و در عمق ثابت نیست. بر اساس نتایج به­دست آمده جریان جانبی معکوس شده و در نزدیکی بستر به سمت دیواره بیرونی حرکت می کند. هم­چنین با افزایش شعاع انحناء قوس، سلول چرخش کوچکتر و ضعیف­تری تشکیل می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Velocity and Concentration Profiles of Density Current in a 90 Degree Bend

نویسندگان [English]

  • M Sheikholeslami1 1
  • M Ghomeshi2 2
چکیده [English]

Density currents are formed due to gravity face action on the two fluids with different densities. This paper investigates the effect of radius of stream route curvature on the velocity and concentration profiles in density current. Experiments were conducted in a flume with three different curvature radii of 40, 80 and 120 cm. Acoustic Doppler velocity meter was used to record the instantaneous downstream (u), cross stream (v) and vertical flow (w) velocities. Before entering the bend, the flow is longitudinal. In open-channel bends, surface flow moves towards the outer bank and the flow on the floor moves towards the inner bank. Results showed that in density current the maximum stream wise velocity occured near the stream bed. Due to density stratification, in addition to the difference in height, generated pressure difference force was not constant throughout the depth of a density current and depended on reduced gravity and Concentration profile of flow. As a result, lateral flow reversed and near-bed flow towarded the outer bank. With increasing the radius of the flume curvature, circulation cell became poor and smaller.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bend
  • Concentration profile
  • Density current
  • Secondary Flow
  • Velocity profile
امید م­ح و حبیب زاده ع، 1387. فرآیندهای رودخانه­ای. انتشارات دانشگاه تهران،272 صفحه.
کشتکار ش، ایوب زاده ع و فیروزآبادی ب، 1389. بررسی پروفیل سرعت و غلظت جریان گل آلود با استفاده از مدل فیزیکی. پژوهش­های آبخیزداری، شماره87، صفحه­های 36 تا 43.
کوتی ف ، کاشفی­پور س­م و قمشی م، 1391. تجزیه و تحلیل پروفیل­های سرعت در جریان غلیظ. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، علوم آب و خاک، سال 16، شماره59، صفحه­های 15تا29.
Abad JD, Sequeiros OE, Spinewine B, Pirmez C, García MH and Parker G, 2011. Secondary current of saline underflow in a highly meandering channel: Experiments and theory. Journal of Sedimentary Research 81: 787–813.
Afshin H, Firoozabadi B, and Rad M, 2008. Hydrodynamics analysis of density current. Journal of Applied Engineering 21(3): 211-226
Altinakar MS, Graf WH and Hopfinger EJ, 1996. Flow structure in turbidity currents. Journal of Hydraulic Research 34(5): 713-718.
Corney RKT, Peakall J, Parsons DR, Elliott L, Amos KJ, Best JL, Keevil GM, Ingham DB, 2006. The orientation of helical flow in curved channels. Sedimentology 53: 249–257.
Darby SE and Peakall J, 2012. Modelling the equilibrium bed topography of submarine meanders that exhibit reversed secondary flows. Geomorphology 163–164: 99–109.
Ezz H, Cantelli A and Imran J, 2013. Experimental modeling of depositional turbidity currents in a sinuous submarine channel. Sedimentary Geology 290: 175–187.
Firoozabadi, B. Afshin, H. and Aram, E, 2009. Three-dimensional modeling of density current in a straight channel. Journal of Hydraulic Engineering 135: 393-402
Hosseini SA, Shamsai A and Ataie-Ashtiani B, 2006.Synchronous measurements of the velocity and concentration in lowdensity turbidity currents using an Acoustic Doppler Velocimeter. Flow Measurement and Instrumentation 17: 59–68
Islam MA and Imran J, 2008. Experimental modeling of gravity underflow in a sinuous submerged channel, Journal of Geophysical Research 113, C07041, 10.1029/2007JC004292.
Janocko M, Cartigny MBJ, Nemec W and Hansen EWM, 2013. Turbidity current hydraulics and sediment deposition in erodible sinuous channels: Laboratory experiments and numerical simulations. Marine and Petroleum Geology 41:  222-249
Julien, PY, 2002. River Mechanics, Cambridge Univ. Press, New York.
Kassem A and Imran J, 2004. Three-dimensional modeling of density current. II: Flow in sinuous confined and unconfined channels. Journal of Hydraulic Research 42(6): 591– 602.
Keevil GM, Peakall J, Best JL and Amos KJ, 2006. Flow structure in sinuous submarine channels: Velocity and turbulence structure of an experimental submarine channel. Marine Geology 229(3–4): 241–257.
Oehy C, 2003. Effects of obstacles and jets on reservoir sedimentation due to turbidity currents, PhD thesis, Fac. ENAC, Ecole Polytech. Fed. de Lausanne, Lausanne, France.
Sequeiros OE, Spinewine B, Beaubouef RT, Sun T, García MH and Parker G, 2010. Characteristics of velocity and excess density profiles of saline underflows and turbidity currents flowing over a mobile bed. Journal of Hydraulic Engineering 136(7): 412–433.
Straub KM, Mohrig D, Buttles J, McElroy B and Pirmez C, 2011. Quantifying the influence of channel sinuosity on the depositional mechanics of channelized turbidity currents: A laboratory study. Marine and Petroleum Geology 28: 744–760.
Turner JS, 1973. Buoyancy Effects in Fluids. Cambridge University Press, Cambridge, England.