فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال هفتم شماره 2 (تابستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1391/05/15
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سمینا شیرازپور، مرتضی کلاهدوزان* صفحات 1-11
    محاسبات مربوط به جریان با حل معادله های مومنتم و پیوستگی انجام می شود. یکی از روش های حل این معادله ها در مسائل با سطح آزاد متحرک به دلیل شرایط پیچیده و امکان برخورد سطوح آزاد با یکدیگر روش MPS چند فازی است. این روش یک روش لاگرانژی است که ابری از ذرات جایگزین شبکه محاسباتی می شوند و در حالت چند فازی معادله های حاکم بر چند فاز گاز، مایع و جامد به صورت همزمان حل می شوند. در این مقاله اثر اعمال آشفتگی با مدل صفر معادله ای در روش MPS مطالعه شده است. نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از افزایش پایداری روش و بهبود برآورد سطح آزاد در مساله شکست سد در مقایسه با حالت غیرلزج و با لزجت گردابه ای ثابت است. همچنین ارتقای مدل بوسیله اعمال مدل های آشفتگی در مدل چند فازی نشان دهنده عدم تاثیر نوع تابع کرنل مورد استفاده در حل معادلات مومنتم و پیوستگی بر روی پایداری روش می باشد.
    کلیدواژگان: هیدرودینامیک، لاگرانژی، آشفتگی، طول اختلاط پرانتل، MPS، سطح آزاد
  • بررسی تاثیر لایه سپری بر آب شستگی پایه پل تحت اثر جریان غیردائمی (بخش دوم
    عبدالرضا کبیری سامانی* صفحات 13-26
    در تحقیق حاضر، به مطالعه آزمایشگاهی اثر جریان غیر دائمی بر آب شستگی موضعی در بسترهای سپری پرداخته شده است. آزمایش ها در شرایط جریان غیر دائمی و هیدروگراف های مختلف (10 حالت مختلف از هیدروگراف های مثلثی) ترتیب داده شد. این آزمایش ها درکانالی به طول 5/8 متر با مقطع مستطیلی به عرض 405/0 متر انجام گرفت. ناحیه آزمایش به وسیله دو لایه مصالح یکنواخت بستر و سپر پر شد. ترکیب های مختلفی از مصالح سپر و بستر بررسی شد. در این تحقیق از سه پایه استوانه ای به قطرهای 42، 33 و 22 میلی متر استفاده شد. ضخامت لایه سپری 3 برابر قطر متوسط مصالح سپر انتخاب گردید. سرعت جریان یکنواخت به گونه ای انتخاب شد که شرایط برای آب شستگی آب زلال در لایه سپر فراهم شود. برای این منظور، u*/u*ca=0.8 انتخاب شد که u* سرعت برشی جریان و u*ca سرعت برشی بحرانی مصالح لایه سپری بر اساس دیاگرام شیلدز است. بررسی ها نشان داد که در هیدروگراف های مثلثی و بسترهای پوشیده شده با لایه نازکی از ذرات سپر، عمق فرسایش مستقل از شکل هیدروگراف است و از سویی دیگر افزایش زمان پایه هیدروگراف، تاثیر ناچیزی بر پیش روی ناحیه فرسایش در جلو پایه دارد. از مجموع مشاهدات و نتایج می توان دریافت که یک هیدروگراف مثلثی، با زمان پایه T با n تکرار اثری تقریبا معادل با یک هیدروگراف یکپارچه، با زمان پایه nT دارد.
    کلیدواژگان: آب شستگی موضعی، پایه پل، لایه سپر، جریان غیر دائمی، هیدروگراف مثلثی
  • جواد سروریان، جمال محمد ولی سامانی*، حسین محمد ولی سامانی صفحات 27-45
    چنانچه میزان جریان آب رودخانه بیش از ظرفیت آبگذری مقطع اصلی رودخانه باشد، مناطق همجوار رودخانه در معرض سیلاب قرار می گیرند. روش های سازه ای کنترل سیلاب، معمولا به منظور کاهش دبی اوج و یا جلوگیری از سیل بردگی به کار برده می شوند. سد پاره سنگی یک روش سازه ای کنترل سیل است که بخشی از جریان سیلابی در مخزن آن ذخیره شده و با گذشت زمان به تدریج و با دبی کمتری از میان بدنه سد تخلیه می شود. خاکریزساحلی نیز به عنوان یک روش سازه ای کنترل سیل، بدون تغییر موثر در دبی اوج سیلاب، باعث جلوگیری از سیل بردگی می شود. در صورتی که طرح کنترل سیلاب با مشارکت این دو روش انجام شود، علاوه بر کاهش قدرت و شدت سیلاب و جلوگیری از آب گرفتگی زمین های اطراف رودخانه، گزینه نهایی کنترل سیلاب با انعطاف پذیری بیشتری انتخاب خواهد شد. نکته مهم در رابطه با اقدام های تاخیری کنترل سیل، انتخاب درست موقعیت آنها در سطح حوضه می باشد. بسته به عوامل توپوگرافی و دیگر عوامل محیطی، مکان احداث سدهای پاره سنگی و همچنین طراحی این سدها و خاکریزساحلی متفاوت بوده و بر این اساس هر چینش و طراحی دلخواه از این دو روش سازه ای می تواند در تسکین سیلاب موثر واقع شود. بدیهی است ترکیب مذکور نه تنها از نظر هیدرولیکی بلکه از نظر اقتصادی نیز نمی تواند بهترین ترکیب ممکن باشد. هدف از این تحقیق، معرفی روشی است که در آن مناسب ترین طراحی ترکیبی از چینش سدهای پاره سنگی درون حوضه همراه با خاکریزساحلی در محدوده مسکونی پایین دست حوضه را ارائه نماید؛ به طوری که با در نظر گرفتن محدودیت های حاکم بر حرکت سیلاب، مجموع هزینه ساخت سدها و احداث خاکریزساحلی حداقل مقدار ممکن شود. رسیدن به هدف فوق نیازمند ترکیب مدل شبیه ساز حوضه با یک مدل بهینه ساز غیرخطی مانند الگوریتم ژنتیک می باشد که در این مقاله به آن پرداخته شده است.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، ترکیب بهینه، خاکریزساحلی، سدهای تاخیری پاره سنگی، کنترل سیلاب
  • اکبر صفرزاده*، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری صفحات 47-62
    در تحقیق حاضر ضمن مرور روش های موجود، ابزاری کارامد به نام ابزار سه لوله با فرکانس اندازه گیری 85 هرتز، برای اندازه گیری تنش برشی بستر پیرامون سازه های رودخانه ای طراحی و ساخته شده است. مزیت اصلی این روش نیاز نداشتن به استقرار حسگر در امتداد جریان موضعی است. این ابزار برای اندازه گیری توزیع دقیق تنش برشی بستر پیرامون تک آبشکن مستقیم در بستر تخت و صلب استفاده شده و نتایج حاصل از آن با نتایج تحقیقات موجود مقایسه شده است. بیشینه تشدید تنش برشی موضعی بستر در محدوده دماغه، الگوی توزیع در امتداد بخش بیرونی لایه برشی، نحوه توزیع و میزان تشدید تنش عمومی در مجرای اصلی کانال و همچنین محدوده شروع آبشستگی در جریان نزدیک شونده ناشی از تشدید عمومی تنش برشی، همخوانی بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی موجود و همچنین شبیه سازی های دقیق عددی دارد.
    کلیدواژگان: تنش برشی بستر، ابزار سه لوله ای، مبدل فشار، آبشکن، لایه برشی
  • سیما کریمی، محسن لشکربلوک، ابراهیم جباری* صفحات 63-76
    تحلیل تطبیقی یکی از مطالعات مهم در زمینه روش های عددی است. در چند دهه اخیر فعالیت های پژوهشی متعددی در این حوزه انجام شده است. هدف نهایی از این تحلیل ها، به دست آوردن حل عددی با دقت مطلوب و کمترین هزینه محاسباتی است. هر فرایند تظریف تطبیقی شامل دو بخش اصلی است: بخش اول برآورد کننده خطا و دیگری ابزاری برای فرایند تظریف می باشد. یکی از مزایای روش های بدون شبکه، انعطاف پذیری آنها در فرایندهای تظریف تطبیقی است. روش های معمول در تظریف، شامل جابجایی نقاط و اضافه کردن نقاط جدید است. در این مقاله یک روش کم هزینه به نام وزن دهی تطبیقی به منظور بالا بردن دقت جواب ها در روش بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش (CDLS) ارائه شده است. در روش ارائه شده باقی مانده ها به عنوان برآورد کننده خطا به کارگرفته شده و از آنها در تعریف تابع وزن استفاده شده است.
    کلیدواژگان: روش های بدون شبکه، وزن دهی خودکار، حداقل مربعات گسسته همپوش
  • میلاد خواستار بروجنی، حسین صمدی بروجنی* صفحات 77-85
    فلوم دوار ابزار مفیدی برای مطالعه رسوبهای چسبنده است، اما خطاهای ناشی از جریان های ثانویه باید در آن مورد توجه و مطالعه قرار گیرد. پژوهش حاضر در فلوم دوار آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهرکرد برای بررسی توزیع تنش برشی انجام شد. نتایج اندازه گیری سرعت با استفاده از سرعت سنج صوتی نشان داد که اگر نسبت سرعت چرخش حلقه بالایی به سرعت چرخش فلوم برابر 1/1 باشد، توزیع تنش برشی در عرض فلوم تقریبا یکنواخت است و مشخص شد که پروفیل سرعت در فلوم دوار در حد قابل قبولی شبیه به رابطه لگاریتمی سرعت است.
    کلیدواژگان: فلوم دوار، تنش برشی، رسوبات چسبنده، سرعت سنج صوتی
|
  • S. Shirazpoor, M. Kolahdoozan Pages 1-11
    The purpose of this paper is to put forward a new method of Multi-phase Moving Particle Semi-implicit (MP-MPS) for solving continuity and momentum equations of viscous fluid flow. MP-MPS is a Lagrangian meshless method that solves the governing differential equations of gas, fluid and solid phases, simultaneously. This method has many applications in problems of free surface flow which is due to their complex conditions and non-linear equations. Among these complexities is the need to consider the effect of turbulence. Until now, MPS method has been used widely for inviscid fluids or those with constant eddy viscosity. In this paper, the effect of turbulence closure model is investigated using Prandtl’s mixing-length theory. The enhancement of MPS model in estimating free surface flow considering the effect of turbulence is demonstrated through comparing its results with those of fluid with constant eddy viscosity and inviscid fluid for a typical dam break problem. The results obtained from the developed model show that determination of eddy viscosity of each particle in each time step based on their location and velocity is important and has a major effect on the final hydrodynamic parameters computations. In addition, results obtained through the improvement made in the numerical model have a good degree of similarity with those obtained through experiments. Also, the results indicate that applying the turbulence nature of the flow helps in obtaining a more stable solution and therefore in this case, the type of Kernel function used in MPS method has no significant effect on its stability.
    Keywords: Hydrodynamic, Lagrangian, Turbulence, Prandtl's Mixing Length, MPS Method, Free Surface
  • Armoring Effect on Local Scouring around the Bridge Pier under Unsteady Flow Condition (Part 2)
    A.R. Kabiri, Samani* Pages 13-26
    In this study armoring effect on local scouring under unsteady flow condition was investigated based on model experimentation. To obtain unsteady flow condition, ten different triangular hydrographs were considered. Experiments were performed in an 8.5 m long and 0.405 m wide laboratory-scaled flume. The bed materials were overlain by a thin armor layer of coarser sediment. Different combinations of uniform bed-armor layers were employed. Three circular piers of 22, 33 and 42 mm diameters were used. For each experiment the armor-layer thickness was maintained at 3da (da, is the armor-layer material mean size). The approaching flow velocity is restricted to the clear water scour condition with respect to the armor layer particles (u*/u*ca=0.8, where u* is the flow shear velocity, and u*ca is the critical shear velocity of the armor-layer particles estimated based on the Shields’ diagram). Results indicated that the equilibrium scour depth is independent of the hydrograph shape. In addition, increasing the hydrograph base time does not affect the scouring hole formed downstream of the pier. Observations showed that the effect of n hydrographs with the same base time of T is almost identical to that of a continuous hydrograph with the base time of nT.
    Keywords: Local Scouring, Bridge Pier, Armor Layer, Unsteady Flow, Triangular Hydrograph
  • J. Sarvarian, J. Mohammad Vali Samani*, H. Mohammad Vali Samani Pages 27-45
    When the river flow rate is larger than the capacity of the river, the adjacent areas are prone to flooding. Structural methods of flood control usually are used to reduce flood hydrograph peak. Rockfill dam is a type of structural methods that controls the flood. Levee, with no effective change in the flood peak, is another structure that controls flood. Simultaneous use of rockfill dams and levees will reduce the severity and power of flood and prevent flooding of the low lands adjacent to the river. In this way, the final options for flood control will be selected with more flexibility. The important point about dilatory flood control measures is suitable selection of their position. Depending on the topography and other environmental factors, location and design of rockfill dams and design of levees will be different. Accordingly, any kinds of proper design of these two methods can be effective in flood relief projects. Obviously, this combination is not the best with respect to the hydraulic and economic limitations. The purpose of this paper is to introduce a method in which the most appropriate design and location of dams and the most proper design for the levees in the residential area is taken into account. Other restrictions such as movement of the flood, total minimum cost of construction of dams and levees is also considered in this study. Reaching this goal requires a combination of basin simulation model with a nonlinear optimizer model, such as genetic algorithms.
    Keywords: Flood Control, Genetic Algorithm, Levee, Optimal Combination, Rockfill Detention Dams
  • Akbar Safarzadeh*, Seyed Ali Akbar Salehi Neyshabouri Pages 47-62
    In this paper available techniques of the bed shear stress measurement was reviewed and the three tube device, an efficient instrument with 85 Hz measuring frequency, was developed to measure the local bed shear stress around the river structures. The main advantage of the developed instrument is that it is not necessary to align the measuring ports in the local flow direction. Distribution of the bed shear stress around a single straight groyne in a flat and immovable bed has been measured using the three ports instrument. The maximum bed shear stress amplification at the groyne head, bed shear stress pattern along the outer side of the shear layer, distribution and general amplification and the zone where the scouring process initiates at the upstream of the groyne due to the general bed shear stress amplification were extracted. The measured data agrees well with the available experimental results and with the accurate numerical simulations as well.
    Keywords: Bed Shear Stress, Three Tube Instrument, Pressure Transducer, Groyne, Shear Layer
  • S. Karimi, M. Lashkarbolok, E. Jabbari* Pages 63-76
    Adaptive analysis is an important research subject in numerical methods. In recent decades, many research activities in this field have been performed. The ultimate goal of this analysis is to obtain the numerical solution with the desired accuracy and minimum computational cost. The adaptive refinement process consists of two main sections: the first one is error estimation and the second one is refinement procedure. One of the benefits of Meshless techniques is network flexibility in the adaptive refinement process. Common methods in refinement include moving and adding the new nodes. This paper presents a low-cost technique called adaptive weighing to raise the accuracy of the answers on the Meshless Collocation Discrete Least Square (CDLS). In the presented method, the remains are employed in order to estimate error and also used in definition of weighting function.
    Keywords: Meshless Method, Adaptive Weighting, Collocated Discrete Least Squares
  • M. Khastar, Borujeni, H. Samadi, Borujeni* Pages 77-85
    The annular flumes have been used to study the cohesive sediment transport and secondary flows. This research was carried out in an annular flume located at the hydraulics laboratory of Shahrekord University to study the flow and shear stress distribution. The results of velocity measurements by Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) showed that the shear stress distribution at the flume cross section was almost uniform for the relative rotational speed of the upper ring to the flume equal to 1.1. It was also found that the flume velocity profile was in good agreement with logarithmic relationship.
    Keywords: Annular Flume, Shear Stress, Cohesive Sediment, Acoustic Doppler Velocimeter (ADV)