s.a.a. salehi neyshabouri
-
در مطالعات کانال مرکب به منظور کنترل برقراری شرایط توسعه یافتگی کامل جریان، لازم است توزیع دبی در کانال اصلی و سیلاب دشت بررسی شود. هدف این تحقیق، بررسی اثر شرایط ورودی در کانال مرکب با طول کوتاه در برقراری شرایط توسعه یافتگی با استفاده از بررسی میدان جریان و پارامترهای آشفتگی است. بدین منظور از ابزار سرعت سنجی تصویری ذرات در یک کانال مرکب استفاده شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهد که در کانال مرکب کوتاه با استفاده از آرام کننده ی یکسان در کانال اصلی و سیلاب دشت، حتی تا انتهای کانال انتقال جرم از سیلاب دشت به کانال اصلی وجود دارد. در این حالت تغییرات سرعت طولی در عرض سیلاب دشت بسیار کم است و فروافتادگی شدید در محل سرعت بیشینه در کانال اصلی (در نزدیکی ناحیه اندرکنش) رخ می دهد. در حالی که در کانال مرکب کوتاه با افزودن آرام کننده ی کمکی در سیلاب دشت، شرایط مناسب و مشابه با کانال مرکب توسعه یافته تشکیل می شود.
کلید واژگان: کانال مرکب روباز, اثر ورودی, انتقال جرم, میدان جریان, سرعت سنجی تصویری ذراتA compound open channel is composed of the main channel and flood plain. In experiments with compound open channel conducted to ensure that the flow is uniform and fully developed, it is necessary to study the distribution of discharge in the main channel and flood plains. The purpose of the present study is to investigate the effects of channel inlet condition on flow uniformity by considering distribution of discharge in channels with length to flood plain width ratio lower than 35 (needed for fully developed flow condition) by analyzing the flow field and turbulence parameters. For this purpose, particle image velocimetry method has been used in a rectangular compound open channel. To provide correct measurement of secondary velocities, using a non-intrusive method such as particle image velocimetry is completely essential. The results of this study show that in short compound channels with the same screen installed in the main channel and flood plain, there is significant mass transfer from the flood plain to the main channel until the end of the channel length. It was found that in this case, a considerable downfall occurs for the maximum velocity position in the main channel. However, with a supplementary screen installed in the flood plain, in addition to the typical screen, expected conditions are established similar to the fully developed compound channels. In this condition, the time-averaged streamwise velocities vary considerably in the flood plain along the spanwise direction. On the other hand, in short compound channels with the same screen installed in main channel and flood plain, the streamwise velocities do not change significantly along the flood plain width duo to the imperfect interaction of main channel and flood plain. These observations express that to provide correct distribution of discharge, a supplementary screen should be installed in the flood plain of the compound channel.
Keywords: Compound Channel, Entrance effect, Mass transfer, Flow Pattern, Particle Image Velocimetry -
پیشروی آب شور دریا به سمت رودخانه باعث تنزل کیفیت آب شیرین می شود. کنترل هیدرولیکی پیشروی آب دریا به منظور کاستن از تبعات منفی آن، مستلزم شناخت هر چه بهتر مکانیزم های موثر در آن است. در پژوهش حاضر سعی شده است تا با مدل سازی عددی نفوذ شوری در آب سطحی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوینت به بررسی تاثیر تغییر چگالی آب دریا و همچنین تراز آب رودخانه در میزان نفوذ شوری پرداخته شود. همچنین سیستم پرده ی حباب هوا به عنوان راهکاری برای جلوگیری از پیشروی شوری بررسی شده است. نتایج حاکی از آن است که چگالی آب دریا و تراز آب رودخانه با میزان پیشروی آب شور رابطه ی مستقیم دارند. بدین گونه که به ازاء افزایش 2/0 درصد چگالی آب دریا، میزان پیشروی آب شور به میزان 86 درصد بیشتر می شود و با کاهش 19 درصدتراز رودخانه، نفوذ شوری به میزان 45 درصد کاهش می یابد. همچنین سیستم پرده ی حباب هوا با ایجاد جریان چرخشی از پیشروی آب شور در آب شیرین جلوگیری می کند.
کلید واژگان: تداخل آب شور و شیرین, تراز آب شیرین رودخانه, چگالی آب دریا, پرده ی حباب هوا, نفوذ آب شورWater quality is crucial to the development and management of water resources. Therefore, maintaining water quality, especially freshwater, which constitutes the major human consumption for a variety of drinking, agricultural, and industrial uses is important. Water quality is reduced by various natural and anthropogenic factors. One of the most common and important processes that reduces the quality of water resources is the influence of saline sea water on surface water. Seawater infiltration is a natural process due to the difference in the density of seawater from fresh water. Seawater is denser than fresh water because of the presence of minerals such as salt. The higher density of seawater causes it to be submerged under freshwater and, on the contact surface, seawater penetrates into the freshwater wedge. Salt water intrusion of sea toward the river caused a decrease in the quality of fresh water which makes it useless for utilizing in agricultural, industrial, and drinking and led to obliterating this fertilized plain upon its infiltration into the surrounding land. In order to reduce these negative effects through hydraulical control of salt water intrusion, we need to know about the efficacious mechanism of this issue. Thus, this study using ANSYS Fluent for modeling salt water intrusion on the surface water examined influences of changing in the sea water density and the water level of river on the measure of salinity intrusion. Also, air bubble curtain system as an alternative to preventing salt water intrusion was investigated. Results showed that sea water density and the water level of river had direct relationship with salinity intrusion, which means that upon an increase in the sea water density or the water level of river, salt water intrusion will increase, vice versa. Therefore, penetrating salinity increased by 86% with an 0.2% increase in saltwater density and was decreased %45 by decreasing %19 at river water level. Air bubble curtain system by creating impeding bubble between salt and fresh water is an appropriate solution for preventing salt water intrusion.
Keywords: Saltwater intrusion, air bubble curtain, river freshwater level, seawater density -
بررسی انتقال بار رسوبی در رودخانه ها و کانال های روباز از اهمیت زیادی برخوردار است. در این تحقیق رفتار تک ذره رسوبی بستر با حرکت لغزشی و غلتشی در سیلاب دشت یک کانال مرکب مستطیلی (دارای دیواره میانی قایم) به صورت آزمایشگاهی و براساس دیدگاه لاگرانژی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور روش ردیابی ذرات منفرد در یک کانال مستطیلی مرکب مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان می دهد که توزیع سرعت طولی و عرضی و شتاب عرضی ذرات رسوبی در نواحی دور از ناحیه اندرکنش از توزیع نرمال پیروی می کند. این در حالی است که با افزایش فاصله از مرکز سیلاب دشت و نزدیکی به ناحیه اندرکنش، تبعیت پارامترهای مذکور از توزیع نرمال تضعیف می گردد. بررسی های مطالعه حاضر نشان داد که هیستوگرام شتاب طولی ذره را نمی توان با استفاده از توزیع نرمال برآورد نمود. همچنین مشاهده شد که مقدار کشیدگی هیستوگرام سرعت و شتاب با نزدیک شدن به ناحیه اندرکنش افزایش می یابد.
کلید واژگان: کانال مرکب, سیلابدشت, ردیابی لاگرانژی رسوبات, حرکت غلتشی و لغزشی ذراتJournal of Hydraulics, Volume:15 Issue: 4, 2021, PP 113 -124IntroductionSediment transport is one of the most basic and important characteristics in river hydraulics and bed morphology. The prediction of sediment transport path in rivers and also artificial laboratory channels is absolutely complicated, and mostly conducted with semi-empirical methods. In such cases, the Lagrangian method is essential for exploring the physics of individual sediment particles. The investigation of the flow pattern in the compound channels originated from 1960s and followed by the exploration of turbulence structures of overbank flows. However, studies on the characteristics and processes of sediment transport in the compound channels are rarely conducted. For completion this gap, in this experimental study, the rolling and sliding motions of individual bed particle in the floodplain of a rectangular compound channel have been experimentally investigated. Specifically, the mechanical parameters of particle motions such as velocity and acceleration are investigated. In this regard, different statistical distributions, especially Gaussian or normal distribution, are employed to introduce the properties of bed sediment motions in the floodplain.
MethodologyThe experiments were conducted in the hydraulic laboratory of Tarbiat Modarres University in a straight open channel with length of 10 m, width of 1 m and height of 0.7 m (Fig. 1). The laboratory flume is a wide rectangular channel with a compound section (Fig. 2), where the side wall and bottom of the channel are made of glass. The main channel is 0.4 m wide and the floodplain is 0.6 m wide. To control the water depth, an adjustable weir was used at the end of channel. The discharge at the inlet of the channel was controlled using a regulating valve downstream of pump and measured by an electromagnetic flow-meter. The hydraulic conditions of the experiments are summarized in Table 1. According to the calculations, the Reynolds and Froude numbers are 28000 and 0.34, respectively. Therefore, the flow in the compound channel in the present study has turbulent and subcritical regime. The flow depths in the floodplain and main channel are 5 and 20 cm, respectively. To capture high quality images from bed particle motions in short intervals, a camera with the speed of 24 frames per second and FullHD resolution was used (Fig. 3). To improve the quality of images, the floodplain and main channel bottoms were coated with black color in the measurement zone. Moreover, for detection of particle trajectories, the measurement zone was regularly meshed by the perpendicular lines with the distance of 10 cm. Several projectors were applied at different angles for illumination of the measuring plane. The spherical bed particle characteristics of the present study are mentioned in Table 2. Particle tracking were conducted at the distances of 5, 20, 40, and 50 cm from the floodplain side wall (Fig. 4), and repeated about 20 times for each one.
Results and DiscussionChi-Squared test were used to determine the appropriate distribution to describe the longitudinal and transverse velocity and acceleration of individual particles (Fig. 5). Also, skewness and kurtosis of data series are employed to investigate the fitness of velocity and acceleration data to the normal distribution (Eqs. 2 and 3). The skewness values for the particle longitudinal and transverse velocities are always close to zero and their kurtosis values are close to 3, in the case of sediment release at 20 cm from the floodplain side wall. This indicates that the particle longitudinal and transverse velocities follow the normal distribution. However, kurtosis of longitudinal acceleration diverges from 3, and consequently, does not follow normal distribution (Table 3). The averaged longitudinal and transversal velocities of the sediment particles increase, approaching to the interaction zone (Fig. 6). Also, the standard deviation of longitudinal and transverse velocity and acceleration values increase with the increase of distance from the floodplain side wall (Fig. 7 and 8). Kurtosis of streamwise and spanwise velocity and acceleration of sediment particles increase far from floodplain side wall (Fig. 9), duo to the uniformity of particle motions in the interaction zone. The linear relationship between the average particle velocity and flow shear velocity indicates that there is a good agreement between the results of the present study and previous researches.
ConclusionThe results of this study show that the sreamwise and lateral velocity and spanwise acceleration histograms of spherical particles in the floodplain far from the interaction zone, could be fitted to the normal distribution. While the kurtosis of histograms increases considerably, approaching to the junction. The histogram of streamwise acceleration does not fitted by normal distribution. The histogram kurtosis of velocity and acceleration is enhanced approaching the interaction zone.
Keywords: Compound channel, floodplain, Lagrangian Particle Tracking, Sliding, Rolling Motions -
امروزه، با توجه به افزایش دفعات رخداد سیلاب های شدید در مناطق شهری، طراحی و بهسازی سامانه های کنترل سیلاب شهری به یک موضوع بسیار حایز اهمیت تبدیل شده است. همچنین، با توجه به بهبود قابل ملاحظه ی روش ها و منابع محاسباتی، کاربرد مدل های تلفیقی شبیه سازی عددی و بهینه سازی در این زمینه بسیار مفید است. بدین منظور در تحقیق حاضر و با به کارگیری نرم افزار متلب یک مدل بهینه سازی چندهدفه ی فراابتکاری به یک شبیه ساز عددی متصل شده و قسمت شرقی سامانه ی کنترل سیلاب شهر تهران بهسازی شده است. به این منظور راهکارهای مختلفی شامل کاربرد تونل های کمکی و نیز کاربرد ترکیبی تونل های کمکی و استخرهای تعدیل برای کمینه سازی توابع هدف هزینه ی بهسازی و حجم سیلاب شبکه در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از کاهش چشم گیر هزینه ها با کاربرد این مدل تلفیقی در مقایسه با طرح های بهسازی پیشین است. همچنین با توجه به کاربرد استخرهای تعدیل در نقاط بالادستی شبکه، عملکرد تونل های کمکی در کاهش سیلاب بهتر بوده است اما استخرهای تعدیل منجر به کاهش چشم گیر هزینه های مربوط شده است.
کلید واژگان: سامانه ی کنترل سیلاب شهری, بهینه سازی, شبیه سازی عددی, تونل های کمکی, استخرهای تعدیلNowadays, \ design/rehabilitation of \ urban \ stormwater \ drainage systems has become a challenging issue due to more frequent severe floods in urbanized areas. These severe floods may cause significantly crucial social problems as well as financial damages. Also, regarding considerable advance in soft computing, optimization \ frameworks can \ provide a valuable \ computational \ tool for storm management. In the present study, using NSDE (Non-dominated Sorting Differential Evolution) \ algorithm and EPA-SWMM (Environmental Protection Agency - Stormwater Management Model) software, a coupled numerical and multi objective optimization model was developed to rehabilitate eastern part of Tehran metropolis drainage system. Not only is this part of Tehran Stormwater Drainage System (TSDS) the biggest drainage network of TSDS, but also its eastern part is dealing with a significant lack of capacity. In this direction, different mitigating strategies including combinations of relief tunnels and/or storage units were evaluated and optimal rehabilitation strategies were suggested according to minimizing conflicting objective functions of costs and flooding. For this purpose, formerly suggested rehabilitation solutions introduced by Mahab Ghodss consulting engineering company have been evaluated and extra relief tunnels considered to enhance their performance in relation to reduce volume of flooding in the network. Therefore, the total number of four different layouts of rehabilitation strategies have been assumed in order to rehabilitate eastern part of TSDS. Results have revealed considerable reduction of costs with respect to previous rehabilitation proposals for the study area stating the desirable performance of proposed coupled numerical and optimization framework of the present study. Moreover, regarding application of storage units in upstream of the network, although these units reduced rehabilitation costs significantly compared to other strategy by reducing length of required relief tunnels, relief tunnels slightly outperformed than upstream storage units in relation to the flood volume reduction. It seems possible to enhance the performance of storage units by relocating them.
Keywords: Urban Stormwater Drainage Systems, Numerical, Optimization, Relief Tunnels, Storage Units -
پرش هیدرولیکی مستغرق تحت تاثیر بلوک های میانی حوضچه ی آرامش، به صورت دو نوع رژیم اتفاق می افتد 1. جریان منحرف شده به سطح یا رژیم D S J؛ و 2. به صورت جت دیواره یی دوباره متصل شونده یا رژیم R W J. نوشتار حاضر به بررسی تاثیر پارامترهای فاصله ی بلوک ها از دریچه، ارتفاع بلوک ها، و شکل بلوک ها بر روی طول پرش هیدرولیکی پرداخته است. بدین منظور از نرم افزار فلوئنت برای شبیه سازی استفاده و در مجموع 20 مدل برای مقادیر مختلف پارامترهای ذکرشده طراحی و اجرا شده است. نتایج نشان داده است که مهم ترین عامل در کاهش طول پرش، تلاش در جهت شکل گیری رژیم D S J است؛ به طوری که بلوک ها در رژیم R W J فقط در حدود 14\٪ طول پرش را کاهش داده اند، این در حالی است که در رژیم D S J، بسته به اینکه بلوک ها در چه فاصله یی از دریچه قرار گیرند، می توان انتظار بیش از 40\٪ کاهش طول پرش را داشت.
کلید واژگان: طول پرش, شبیه سازی عددی, پرش هیدرولیکی مستغرق, بلوک های میانی حوضچه ی آرامشThe design of stilling basin always corresponds to the fact that the length of the jump should be restricted to the length of stilling basin. Baffle blocks are hydraulic structures, installed in the basin in order to stabilize the jump and reduce the length of the jump. Flow under the condition of submerged hydraulic jumps with baffle blocks could be observed as two regimes: The deflected surface jet (DSJ) and reattaching wall jet (RWJ). The formation of each regime relates to different factors, such as block shape and location, submergence factor, block size, and Froude number of entrance flow.In this article, a numerical study was conducted to investigate the influence of some parameters, including blocks height and shape, the distance of blocks from a gate and the distance between the blocks, on the length of submerged hydraulic jump with baffle blocks. The FLUENT software has been used for 3D RANS simulation. Twenty models with different geometrical conditions according to the mentioned parameters were created. It was observed that for DSJ regime, the length of the submerged hydraulic jump is reduced more than 40% based on the distance of baffle blocks from sluice gate. It means that, it can be expected to see more reduction in length of the jump as the blocks are installed closer to the gate. However, for RWJ regime, the decrease of the length is limited to less than 14%. So, due to this considerable difference between the operations of these two regimes, the noticeable point is that all the conditions should be in the way so that the flow occurs as a DSJ regime. In addition, it can be concluded from the results that increasing the height of blocks more than the thickness of entrance jet cannot make any effective change in the length of the jump. Furthermore, it was observed that using baffle wall (i.e., a continual wall which spreads along the whole width of a channel), instead of baffle blocks in the same condition, increases the length of the submerged hydraulic jump. The reason is that the vortices that are formed due to submerged jump's conditions become more intense as the baffle wall deflects the whole jet into the surface. Thus, in this situation vortices have more impact on the flow.
Keywords: Length Of Jump, Submerged Hydraulic Jumps, Baffle Blocks, Numerical Simulations, Stilling Basin -
اقدامات سازه ای و غیرسازه ای مدیریت سیلاب یکی از مسائل مهم در حوزه برنامه ریزی و مدیریت منابع آب است. در این پژوهش، الگوریتمی برای طراحی بهینه اقدامات سازه ای و غیرسازه ای تسکین سیلاب در سطح حوضه آبریز بر اساس رویکرد بهینه سازی و برپایه ی شبیه سازی ارائه شده است. مدل هیدرودینامیکی MIKE-11 برای محاسبه خطر تلفات انسانی و خسارات بالقوه حالت های مختلف سیلاب در ترکیب های مختلف روش های سازه ای و غیرسازه ای استفاده شد. این مدل به مدل بهینه سازی چند هدفه NSGA-II وصل شد تا جواب های بهینه پارتو با در نظرگیری دو هدف کمینه سازی هزینه های سرمایه گذاری و تعیین تبعات منفی سیلاب در سطح حوضه تعیین شود. در نهایت، مدل ارائه شده برای یک حوضه آبریز کوچک در استان تهران به کار گرفته شد و منحنی تعامل بین هزینه و خسارت برای حالت های مختلف سیلاب دراین حوضه رسم شد. با استفاده از این منحنی های تعامل، در هر سطح از سرمایه گذاری، تصمیم گیران می توانند طرح ترکیبی بهینه اقدامات سازه ای و غیرسازه ای را با توجه به معیارهای مورد نظر انتخاب کنند.
کلید واژگان: سیلاب, خطر, تلفات انسانی, اقدامات سازه ای, غیرسازه ای, بهینه سازی, پارتوUsing structural and nonstructural measures for flood damage reduction is a long-standing problem in water resources planning and management. In present study، an algorithm is presented to optimal design of flood mitigation measures in the watershed scale by simulation based optimization approach. To do so، the numerical model of MIKE-11 was used to calculate the risk of death and the physical damages of flood scenarios under different combinations of structural and non-structural flood mitigation measures. The numberdeath depends on the flood characteristics (the intensity of hazard) obtained by run of numerical model in each round، the vulnerability of population and the vulnerability of properties in flood-prone areas. Each of flood mitigation measures changes one of these three factors and affects on the number of death in flood events. As likewise، each measure may affect on physical damages by altering the magnitude of floods or vulnerability of land uses. In fact for a flood scenario، the physical damages in each combined option are computed using the change of geometry of rivers in model and its boundary conditions or modifying the damage-elevation curves or both. The numerical model was coupled with the NSGA-II multi-objective optimization model to provide the optimal Pareto front solutions considering two conflict objectives of minimizing the investment costs and the potential flood damages in the watershed. Finally، the presented model was applied for a small watershed in the center of Iran as a case study and the optimal trade-off solutions were calculated for different flood scenarios. Results showed by application of presented approach the investment costs may decrease several times and at the same time potential flood damages are minimized. Using a numerical model in the structure of proposed framework provides a flexible tool to consider the interaction of different measures in different reaches of watershed. For example model can dynamically predict in which rivers there is a need to build dam and what is the optimal height of dams in various branches to prevent the synchronizing the flood peaks of branches or detention dams with which measures must be applied to minimize the total cost and flood damages. For the study area، flood wall option just proposed by flood warning option in obtained optimal designs. This shows “flood wall” option to reduce damages on properties with “flood warning” option to reduce the loss of lives is an effective flood mitigation strategy for the study area. Also، if the investment level is low، the application of two non-structural measures of “waterproofing” and “watershed management measures” have a priority than the other measures for the study area. Using the obtained trade-offs، for each level of funding، decision makers can assign the optimal combined option considering the decision criteria.
Keywords: Flood, Risk, Loss of life, Structural, Non, structural, Optimization, Pareto -
- در این تحقیق، ابتدا برای بررسی نحوه توزیع عرضی تنش برشی بستر در یک کانال باز با مقطع مستطیلی برای جریان یکنواخت در حالت بستر صلب، نوعی حسگر سوزنی با دقت بسیار بالا ساخته شده و پس از واسنجی، از این ابزار برای اندازه گیری تنش برشی کف به ازای شرایط مختلف جریان استفاده شده است. در این ابزار برای ثبت دقیق نوسانات فشار از مبدلهای فشار خازنی با دقت اندازه گیری 1/0 پاسکال و فرکانس نمونه برداری100 هرتز استفاده شده و صحت سنجی نتایج از طریق مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیری آزمایشگاهی با نتایج حاصل از روابط تحلیلی موجود و نیز نتایج شبیه سازی عددی با نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی فلوئنت انجام شده است. نتایج حاصله نشان از دقت بسیار بالای ابزار ساخته شده برای اندازه گیری تنش برشی بستر در حالت جریان یکنواخت دارد. بر اساس نتایج حاصل از اندازه گیری و شبیه سازی عددی در تحقیق حاضر، مشخص شد که تاثیر جریان ثانویه بر نحوه توزیع تنش برشی دیوارهای جانبی بسیار بیشتر از تنش کف کانال می باشد. همچنین مشخص شد تنش بستر در نواحی میانی کانال بواسطه وجود نواحی متناوب کم سرعت-پرسرعت دارای توزیع نوسانی می باشد.
کلید واژگان: تنش برشی جداره, حسگر سوزنی, آشفتگی, سنسور فشار, شبیه سازی عددی, مدل فلوئنتWith the aim of investigating the distribution of wall shear stress in an open channel with a rectangular cross section and a smooth bed, an accurate needle type probe has been developed and after verification, it has been used for shear stress measurement in various cases of open channel uniform flows. In this instrument, capacitive type pressure transducers with 0.1 Pascal accuracy and 100Hz sampling rate were used to measure pressure fluctuations. Measured bed shear stresses are compared with the result of available analytical models and CFD simulations using FLUENT code for instrument verification. Variations of the measured local bed shear stresses at channel centerline with respect to channel aspect ratios, mean bed shear stresses and the lateral distribution of local bed shear stresses compare favorably with the previous experimental and analytical results and with the results of the present numerical simulations. Experimental measurements and numerical simulations show that the secondary currents affect the distribution of side wall shear stress more than the bed shear stress. Because of the presence of the alternate low-high velocity zones at the near bed region, the lateral distribution of the bed shear stress exhibits an oscillatory pattern.
-
صفحات مستغرق سازه هایی هستند که در کف رودخانه با زاویه ای نسبت به جریان اصلی نصب شده و موجب ایجاد جریان ثانویه می شوند. صفحه ها برای انتقال رسوبها از مقابل دهانه آبگیر به کار می رود. پارامترهای هندسی صفحات بر الگوی جریان در اطراف آنها موثر است. حل عددی معادلات ناویر استوکس با استفاده از نرم افزار فلوئنت برای جریان آشفته اطراف صفحات مستغرق در مقابل دهانه آبگیر در قوس 180 به منظور تعیین زاویه بهینه برخورد جریان با صفحات، ارتفاع بهینه آنها و محل نصب آخرین صفحه، هدف اصلی این مقاله است. نتایج مدلسازی با مشاهدات آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که زاویه برخورد جریان با صفحات مستغرق برابر 20، نسبت ارتفاع صفحه به عمق جریان برابر 36/0 و وجود آخرین صفحه مستغرق در مقابل لبه پایین دست آبگیر، عملکرد بهتری را برای انحراف جریانهای پر رسوب نزدیک کف از مقابل دهانه آبگیر نتیجه می دهد.
کلید واژگان: صفحات مستغرق, قوس 180, آبگیر, زاویه بهینه, ارتفاع بهینهSubmerged vanes are plane structures placed on river bed with an angle to the approach flow which cause secondary flow. They are used to reduce sediment entrainment to water intakes structures. The vane’s geometric parameters affect the flow pattern around the vanes. Numerical solution of the three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations for turbulent flows around submerged vanes placed in front of the intake in curved channel with 180° bend using the Fluent software in order to identify the optimum vane’s angle and height and the last vane position is the aim of this paper. The results of numerical model are compared with available experimental data. Investigations show that the optimum angle of attack for the first vane is 20° to approach flow and the optimum ratio of the vane height to the flow depth is 36%. Also the last vane position just off the downstream corner of the intake is recommended.
-
آبشکن سازه ای هیدرولیکی است که برای حفاظت از سواحل رودخانه به کار می رود. تحلیل جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های مستقر در قوس خارجی رودخانه ها به علت وجود جریانهای ثانویه و حلزونی، پیچیدگی زیادی دارد. در این مقاله به تاثیر موقعیت استقرار آبشکن T شکل در قوس 90 درجه بر میزان آبشستگی و تاثیر شعاع انحنای قوس بر تغییرات توپوگرافی بستر پرداخته شده است. برای این منظور از یک فلوم مستطیلی به عمق 70 سانتیمتر و عرض 60 سانتیمتر و با چند شعاع مرکزی متفاوت (R/B=2،3،4) استفاده شده است. کانال اصلی شامل مسیر مستقیم بالادست به طول 1/7 متر و مسیر مستقیم پایین دست به طول 2/5 متر است که یک قوس 90 درجه این دو مسیر مستقیم را به هم متصل کرده است. دیوار و کف فلوم شیشه ای بوده و توسط قابهای فلزی پایدار شده است. طول کانال از رسوب با قطر متوسط 28/1 میلی متر و به عمق 35/0 متر پوشیده شده است. آزمایشها تحت جریان با دبی ثابت 25 لیتر بر ثانیه انجام شده و نتایج بیانگر آن است که وقتی آبشکن در موقعیت 75 درجه قرار می گیرد، آبشستگی حداکثر است. همچنین هرچه شعاع انحنای قوس بیشتر شود، میزان آبشستگی افزایش می یابد، اما از گسترش چاله آبشستگی در عرض کانال کاسته می شود.
کلید واژگان: آبشکن T شکل, الگوی آبشستگی, قوس, شعاع انحنای قوسSpur dikes are used for preventing river banks erosion. The flow and scouring pattern around the spur dikes used in the outer bank are complicated especially when spur dikes are used in the bends. This is mainly due to the interaction between the flow pattern associated with the spur dike and the helical currents in the bend. In this paper result of experiments on scour around a T shaped spur dike and the effect of spur dike location on the amount of scouring and the effect of curvature of bend on the variation of bed topography are reported. Experiments were conducted in a re-circulating rectangular channel having 0.6 m width, 0.7 m height with different values of radius of bend to centerline (R/B=2,3,4). The main channel consisted of a 7.1 m long upstream and a 5.2 m long downstream straight reaches. A 90 degree channel bend was located between the two straight reaches. The bed and sides of channle were made of glass supported by metal frames. Natural uniform sediment with median size d50 =1.28 mm was used with a thickness of 0.35 m and covered the whole length of channel. Experiments were conducted for 25 l/s discharge. Results show that when spur dike installed at section 75 degree, the amount of scour is maximum. Also, by increasing the curvature of bend the amount of scour increases. But the lateral development of scour hole decreases.
-
جریان در قوس رودخانه ها تحت تاثیر دو نیروی گرادیان فشار و گریز از مرکز قرار دارد که اندرکنش آنها، جریان ثانویه را به وجود می آورد. در این مقاله به اندازه گیری آزمایشگاهی میدان جریان و آبشستگی در قوس 90 درجه پرداخته شده است. آزمایشها در نوعی کانال آزمایشگاهی با شعاع انحنای ملایم انجام شد. برای اندازه گیری میدان جریان از دستگاه سرعت سنج سه بعدی استفاده شد. همچنین تغییرات توپوگرافی بستر با استفاده از دستگاه لیزری برداشت بستر اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده بیانگر تشکیل جریانی در خلاف جهت جریان ثانویه اصلی، موسوم به جریان ثانویه دوم در نزدیکی ساحل خارجی است. این جریان از مقاطع میانی نیمه اول قوس تا انتهای قوس مشهود است. همچنین قدرت جریان ثانویه اصلی و مقدار چرخش سلولها در موقعیت 45 درجه بیشترین مقدار را دارد. مقایسه ای بین مقاطع مختلف عرضی و افقی انجام و الگوی جریان و آبشستگی تجزیه وتحلیل شد. گردابه های موجود در قوس، تغییرات در جریان ثانویه و چرخش المانها و بحث پیرامون آبشستگی در ساحل خارجی و رسوبگذاری در ساحل داخلی، نکات دیگر مطرح شده در این مقاله است.
کلید واژگان: الگوی جریان, قوس 90 درجه, گردابه, جریان ثانویه, توپوگرافی بسترFlow is affected by both the pressure gradient and the centrifugal forces in the bend of rivers and their interaction leads to secondary flow. In this study the flow field and scour in a 90 degree bend were experimentally measured. Experiments were carried out in a channel with mild curvature. A three-dimensional Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) was used for measuring the flow field. Also, a laser bed profiler was used for measuring the variation of bed topography. The results show formation of a main secondary flow in the bend and another second secondary flow near the outer bank. The direction of the second secondary flow is opposite to the direction of the main secondary flow. This flow pattern is evident from the middle sections of the first half of the bend up to the end of the bend. The results of flow pattern and bed scour were also addressed. In addition, the vortices in the bend, the changes in the secondary flow and the vortices and the scour pattern at the outer bank and sedimentation at the inner bank are investigated.
-
A two-dimensional numerical model, based on solution of the Reynolds-averaged navier-stokes equations with k-eand EASM (explicit algebraic stress) turbulence models, is presented to describe' the free surface water flow over bed topography (dune) in open channels.The model application indicates insufficiency of k-e turbulence model for simulation of flow over dunes (because of separation and streamline curvature). In this case, algebraic stress model that is economic method for calculating stresses can do better. Therefore, an explicit version of it (Wallin and Johanson 2000) is used All of the differential equations are solved with a finite volume method in a nonstaggered grid. The geometric shape of sand dune is simulated by introducing a general non-orthogonal curvilinear coordinate system.The numerical results were compared with the available experimental data reported by Mierlo and Ruiter (1988) and general agreement was observed. Detailed calculations indicate improving prediction of turbulence characteristics and length of separation zone by EASM model.
-
در این تحقیق، تغییرات بستر در کانال قوسی مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمایشهایی در شرایط مختلف هیدرولیکی در کانال مستطیلی با قوس 180 درجه و انحنای نسبی (33/4 B rc) و با بستر متحرک از جنس ماسه یکنواخت انجام و در هر آزمایش، تراز بستر در مقاطع مختلف کانال اندازهگیری شده است. نتایج نشان داد که در تمامی آزمایشها در نیمه اول قوس، یک تپه رسوبی در قوس داخلی و یک چاله فرسایشی روبروی این تپه رسوبی شکل میگیرد. همچنین در نیمه دوم قوس تپه رسوبی در قوس داخلی و چندین ناحیه فرسایشی در قوس خارجی شکل گرفت که محل چاله های فرسایشی، تابعی از شرایط هیدرولیکی جریان بوده و با افزایش عدد فرود، به سمت راس قوس منتقل میشود. مقایسه نتایج پروفیل عرضی بستر در شرایط مختلف هیدرولیکی نیز نشان داد که با افزایش عدد فرود، شیب عرضی جریان در محل حداکثر رسوبگذاری و فرسایش، افزایش مییابد. در این تحقیق رابطهای برای تخمین پروفیل عرضی بستر ارایه شده است . توزیع سرعت در مقطع عرضی در محل حداکثر رسوبگذاری نیز نشان دهنده وجود جریان ثانویه، فقط در قسمتی از مقطع عرضی است که علت آن تعادل مولفه عرضی نیروی وزن ناشی از وجود بار رسوبی با نیروی بالابرنده ناشی از جریان ثانویه است. رفتار موجی بستر در نیمه دوم قوس، نیز نشان دهنده رفتار نوسانی مولفه عرضی سرعت در این نواحی است.
*فرمول ها به درستی نمایش داده نمی شوند.
کلید واژگان: کانال قوسی, جریان ثانویه, تغییرات بستر, چاله فرسایشی, بستر متحرکIn this paper the bed evolution in channel bend under different hydraulic conditions is presented. Experimental tests were conducted in 180 channel bend with movable bed. In each test the bed level at various sections were measured. Experimental results showed that in all experiments, the point bar was formed in the first half of the inner bank and scour hole was formed in front of the point bar. At the outer bank, in the second half of the bend, the point bar was formed in the inner bank and some scour holes were formed in the outer bank. The position of these scour holes was found to be dependent on Froude number. By increasing the Froude number, these positions are shifted toward the apex of the bend. Verification of bed level in cross sections shows that the slope of bed increases as the Froude number increases. In this study, a relationship is presented that predicts the transverse bed profile.Also, the velocity measured in section with maximum deposition show the existence of secondary flow only in some parts of channel cross section due to the lateral balance between the upslope force induced by the helical circulation and the down slope gravitational force in the lateral direction. The oscillatory manner of the bed evolution result from oscillatory manner of depth averaged velocity across the channel.
-
Three-sided spillways are used in dams as well as in irrigation networks, and water and wastewater Treatment plants. In this study, the effect of some major parameters on hydraulic behavior of flow in a three-sided V-shaped spillway and its side channel was evaluated using a physical model. The effect of changes in the end-sill height, the distance of the end-sill from the beginning of the side channel, and the side channel slope with different discharges were studied. Flow pattern and pressure fluctuations in the channel were considered as an indication of the flow behavior. Results showed that the end-sill height had the greatest influence on the intensity of pressure fluctuations and flow behavior in the side channel and increase in the end-sill height, decreased pressure fluctuations. Results also indicated that the location of end-sill from the beginning of the side channel, did not have considerable influence on pressure fluctuations. Moreover, increase in side channel slope up to about 3 percent decreased pressure fluctuations. However in slopes beyond 5 percent, pressure fluctuations increased again. Negative bed slopes decreased pressure fluctuations in the side channel considerably. It was also concluded that increase in flow discharge improved the flow condition in the side channel.
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.