مدلسازی عددی تاثیر طول کوله پل در سیلاب دشت بر تنش برشی بستر و مومنتوم جریان

سابقه و هدف:

 با بالا آمدن تراز آب در کانال اصلی و عبور آن از مرز سیلاب دشت، به دلیل متفاوت بودن ضریب زبری و اختلاف سرعت بین کانال اصلی و سیلاب دشت، جریان در کانال اصلی با شتاب بیشتری نسبت به سیلاب دشت ها حرکت کرده و یک تبادل مومنتوم قوی بین جریان ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت به وجود می آید. این تبادل باعث تولید گردابه هایی در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت می گردد. تبادل مومنتوم باعث می شود از انرژی جریان پرسرعت مجرای اصلی کاسته و به انرژی جریان کم سرعت سیلاب دشت افزوده شود. تبادل مومنتوم همچنین باعث کاهش دبی کانال اصلی، افزایش دبی سیلاب دشت و کاهش ظرفیت انتقال رودخانه می گردد. در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت به علت وجود لایه برشی، پتانسیل ناپایداری و آبشستگی بالا است. شناخت پارامتر-های تنش برشی بستر و مومنتوم در کانال مرکب و خصوصا در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت کمک می کند که محاسبات دقیق-تری در ارتباط با حفاظت بستر رودخانه و تعیین روش های محافظتی صورت پذیرد. در این پژوهش به کمی سازی پارامتر های تنش برشی بستر و مومنتوم جریان در شرایطی که کانال مرکب، طول تکیه گاه پل در سیلاب دشت و نوع دیوار هدایت به صورت هم زمان بر الگوی جریان تاثیر گذار هستند، پرداخته شده است.

در تحقیق حاضر با استفاده از تحلیل عددی سه بعدی به بررسی تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب-دشت و کانال اصلی در یک کانال مرکب ذوزنقه ای متقارن با استفاده از نرم افزار FLOW-3D پرداخته شده است. پس از تایید صحت عملکرد مدل مذکور با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود، تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب دشت و کانال اصلی برای طول های مختلف تکیه گاه پل و در حالت های با و بدون دیوار هدایت بیضوی شکل مورد بررسی قرار گرفته است.

تنش برشی بستر در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت، در کانال اصلی افزایش و در سیلاب دشت کاهش یافته است. تنش برشی در کانال اصلی تا 5/25 درصد افزایش و در سیلاب دشت تا 6/36 درصد کاهش یافته است. همچنین اختلاف مومنتوم در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت تا مقدار 5/78 درصد افزایش یافته است.

از نتایج قابل توجه این است که در حالت تکیه گاه با دیوار هدایت بیضوی، تنش برشی بستر در سیلاب دشت کاهش می-یابد که باعث بهبود شرایط در محل تکیه گاه پل می گردد ولی افزایش تنش برشی در کانال اصلی باعث می شود که شرایط پایه هایی که در کانال اصلی قرار می گیرند بحرانی تر گردد. همچنین در حالت تکیه گاه با دیوار هدایت بیضوی شکل اختلاف مومنتوم بین سیلاب دشت و کانال اصلی نسبت به حالت تکیه گاه بدون دیوار هدایت افزایش می یابد که این امر باعث افزایش تنش برشی و ایجاد گردابه ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت می گردد.