جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "شدت آشفتگی" در نشریات گروه "عمران"
تکرار جستجوی کلیدواژه «شدت آشفتگی» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»-
ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد طرح جدید مدل های محافظ بستر (F-jacks) دراطراف پایه پل بر اصلاح الگوی جریان
در این پژوهش، کاربرد سازه نوآورانه F-jacks در کاهش و کنترل آبشستگی اطراف پایه پل به صورت آزمایشگاهی مورد ارزیابی قرار گرفت. به این منظور، خصوصیات هیدرودینامیکی جریان در سه حالت، پایه انفرادی به عنوان شاهد (الگوی SP) و پایه با حضور واحدهای F-jacks پیرامون آن مطابق دو الگوی P1 و P2، با استفاده از سرعت های لحظه ای سه بعدی اندازه گیری شده توسط ADV، بر بستر صلب مطالعه شد. توزیع مکانی الگوهای سرعت میانگین زمانی و شدت آشفتگی در مقاطع عمودی برای هر سه الگو نشان داد؛ با قرارگیری قطعات F-jacks در اطراف پایه، الگوی جریان در این ناحیه به طور کامل تغییر می کند. به طوری که با آرایش متراکم المان ها طبق الگوی P2 اطراف پایه، مولفه طولی سرعت میانگین زمانی از سطح آب به سمت کف به طور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد و جریانی قوی رو به بالا در اطراف پایه در مقایسه با پایه تک (الگویSP) مشهود است که در آرایش متراکم المان ها قوی تر می شود. این عامل به تاثیر مثبت وجود واحدهای محافظ در کاهش جریان رو به پایین ، کاهش آشوب های بستر و انتقال آشفتگی ناحیه wake به دور از بستر در پیرامون پایه اشاره دارد. در آرایش P2، در مقایسه با پایه تک، بزرگی شدت آشفتگی به طور میانگین، حدود 93 درصد کاهش یافته و نوسانات جریان به دور از بستر منحرف شد. تنش برشی رینولدز در مقابل پایه پل برای حالتیکه واحدهای محافظ اطراف پایه قرار گرفته اند، در مقایسه با الگوی SP حدود 95 درصد کاهش یافته است.
کلید واژگان: هیدرودینامیک جریان, ADV, شدت آشفتگی, تنش برشی رینولدزIntroductionThe various methods have been extensively studied by different researchers to reduce scouring around bridge piers, such as riprap, concrete blocks (CAU), collars, sacrificial piers, creating slot and roughness on the pier, and flow guide vanes, and their results generally relate to determining the size, location, and scope of installation and other geometric characteristics of the devices. Many countermeasures to prevent or reduce local scour around bridge piers, did not have the desired effective, and the concrete armor units (CAUs), which are made to protect shores from erosion caused by waves, have received very little attention in terms of bed armoring around the bridge piers.Therefore, the aim of the present research is to experimentally investigate the hydrodynamics of flow around a new element designed to protect the bed around bridge piers from local scour. The F-jacks, a concrete armor unit (CAU), is introduced and its role on flow characteristics is evaluated for the first time in this study. This concrete element is a new design of the A-jacks concrete model, with one leg and five branches on top, and the angle between the branches surrounding the leg and the central branch is 30 degrees to ensure minimum contact between the legs of the element and the sediment surface. The selection of a 30-degree angle for the branches of the F-jacks element is due to its similarity to the diameter of the bridge pier, to provide complete coverage around the pier.
MethodologyThe experiments of this research were performed in a 7-meter long, 50-centimeter wide, and 0.0001 slope flume with a rigid bed. A wooden cylinder with a diameter of D = 45mm and the same height as the flume was used as a model for a bridge pier and installed at a distance of 4.5 meters from the beginning of the flume (to develop the flow). The water depth (h) in the experiments was constant and equal to 15 centimeters, the flow rate (Q) was 0.021 m3/s, and the flow regime was fully turbulent and subcritical.In order to understand the physics of flow in relation to three-dimensional velocity variations, a Nortek Acoustic Doppler velocimetry (ADV) with a frequency of 25 Hz and a sampling duration of 120 seconds was used. In order to evaluate the hydrodynamics of the flow around the protected pier with F-jacks units, three different placement patterns around the pier were considered: 1) a non-dense arrangement (P1), in which 24 F-jacks elements were placed next to each other around the pier, 2) a dense arrangement (P2), in which 22 F-jacks elements are interlocked around the pier, and 3) an SP arrangement, which refers to a situation where the single pier is placed in the central axis of the flume.In addition to the measurement grid on the vertical XZ plane, a set of measurements was taken on the horizontal XY plane at Z/h=0.47 for each of the three selected patterns. To ensure the development of the flow in the test area, normalized meanvelocity component profiles were shown to follow a similar trend for two 4 and 4.3 meter-long sections from the beginning of the flume, and the velocity data conforms to the logarithmic law of velocity distribution that confirms the validity of velocity data for developed flow conditions. Also, to verify the accuracy and sufficiency of measurements in the developed flow region under investigation, the power spectral density (PSD) of time series for all three velocity components shows that the slope of the power spectrum agrees well with the Kolmogorov -5/3 law in the inertial sub range.
Results and DiscussionContour and vector plots of the time-average streamwise velocity component (u ̅) indicated that when the F-jacks elements were placed according to the P2 pattern around the pier, the flow pattern around the pier changes completely. Where, in the upstream of the pier, the average velocity significantly decreased from the water surface to the bottom, indicating the growth of the minimum and weakening of the downflow and horseshoe vortices. In the downstream of the pier, the high-velocity flow region at rear the pier disappeared, and the flow turbulence was significantly reduced, and the region of flow recirculation in the wake of the pier completely disappeared.With the placement of F-jacks units around the pier, a strong upward vertical velocity (w ̅ ) is obvious around the pier compared to the single pier (SP pattern), which is stronger in the dense arrangement of the elements (P2 pattern). This factor refers to the positive effect of the presence of elements in reducing the growth of downflow (negative vertical velocity), reducing bed disturbances, and turbulence transfer away from the bed region in the wake area around the bridge pier.The streamwise and vertical components of flow turbulence intensity (u_rms 〖,w〗_rms ) significantly decreased with the placement of F-jacks units around the pier according to the P2 pattern. Where, in the near-bed region around the pier, the turbulence intensity decreased by an average of about 93% compared to the SP pattern, indicating the high ability of F-jacks elements in controlling and reducing flow fluctuations and turbulence in this region and diverting flow fluctuations towards the water surface and away from the bed.Comparison of Reynolds shear stress on XY plane at Z/h=0.47 for the three mentioned patterns revealed that -ρ(u^' w^' ) ̅ in the SP pattern is approximately 95% higher than P1 and P2 patterns, at the vicinity of the bridge pier. Furthermore, the magnitude of -ρ(u^' w^' ) ̅ has significantly decreased with the placement of F-jacks units as the P2 pattern around the pier.
ConclusionThe laboratory results presented in this paper provide a new understanding of flow behavior details around the bridge pier model with a new design of F-jacks armor units surrounding it on rigid bed conditions. The overall conclusion of this study showed that when F-jacks units are placed densely (P2 pattern) around the pier, the flow turbulence in this area is significantly reduced.
Keywords: Flow Hydrodynamics, ADV, Turbulent Intensity, Reynolds Shear Stress -
استفاده از زبری در بدنه ی بالادست و پایین دست پایه ی پل ها، تاثیر مستقیمی در کاهش آبشستگی خواهد داشت. از این رو، در جهت تعیین شرایط بهینه، 108 آزمایش به ازاء شرایط مختلف زبری نصب شده برای بررسی تاثیر در آبشستگی اطراف پایه ی پل، طرح ریزی شده است. مقایسه ها بین مدل های زبری پیوسته و ناپیوسته نشان داد که با اجرای ناپیوسته ی زبرهای مستطیلی و مثلثی، میزان بیشینه ی عمق آبشستگی به صورت محسوسی کاهش پیدا کرده است. درنهایت، با استفاده از آنالیز طیف قدرت و به کارگیری داده های سرعت سنجی، به بررسی میزان قدرت مولفه های سرعت در نقطه ی بیشینه ی آبشستگی پرداخته شده است. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار شدت آشفتگی، در زمان بیشترین مقدار طیف قدرت رخ داده است. بررسی داده های سرعت نشان داد که سرعت در جهت قایم در حالت پایه ی پل بدون زبری، بیشترین مشارکت را در افزایش شدت آشفتگی در جلوی پایه ی پل ایفا کرده است. همچنین ناپیوسته کردن زبری، باعث تغییر در ساختار گردابه های پایین رونده به سمت جلو شده است که درنهایت تغییر مشارکت سرعت ها در بیشینه ی مقدار آشفتگی را به دنبال داشته است.
کلید واژگان: آبشستگی, شدت آشفتگی, عدد رینولدز, انتقال رسوب ها, طیف قدرتLaboratory experiments were carried out to investigate the hydraulics, turbulence structure, and sediment removal capacity of bridge pier with different adjusted roughness. Four experimental models of the roughness were employed to measure the effect of the geometry of the roughness on the scour hole formation and depth. The effects of roughness geometry on the turbulence structure and local erosion through the bridges were studied for one sand sediment size. The three-dimensional velocity profiles and turbulence characteristics of flow downstream and upstream of the bridge pier were measured by Acoustic Doppler velocimetry (ADV) technique due to different adjusted roughnesses. After filtration process by WinADV software, the contour plots of the turbulence kinetic energy were depicted due to triangular roughness. The maximum longitudinal eroded section, which is commonly located by bridge pier corners, was measured through the experiments. The results of the scour hole measurements indicate that due to increasing the length of the roughness, the scour hole depth values decreased; however, increasing the vertical distance has the same effect on the scour hole formation. Furthermore, different geometries of the employed roughness illustrate that the triangular roughness has less scour hole depth than other experimental models with the same hydraulic condition. The detailed information of the magnitude, distribution, and probability of turbulence structures was extracted from time-series data using power spectra. The turbulence data were compared with the topography of upstream erosion. Analysis of the power spectrum density function indicated that the discontinuous adjusted roughness remarkably reduced the downward energy level of vortexes at the upstream of bridge pier, which is supposed that the gap opening through the roughness can increase downward jets impact. It appears that this condition reduces the turbulence kinetic energy near the bed elevation at the upstream face of squire bridge pier.
Keywords: Scour hole, turbulence, Reynolds stress, Sediment transport, power spectrum -
وجود موانع در مسیر جریان سبب تغییراتی در هیدرولیک و پارامترهای هیدرودینامیکی جریان می گردد. از جمله این پارامترهای هیدرودینامیکی جریان، می توان به انرژی جنبشی آشفتگی و شدت آشفتگی جریان اشاره نمود. از آنجا که آشفتگی مرتبط با استهلاک انرژی جریان می باشد، لذا بررسی این پدیده همواره حایز اهمیت بوده است. احداث موانع در مسیر سیال، به خصوص هنگامی که این موانع در محل عبور رودخانه ساخته می شوند، یکی از مهم ترین مسایل مهندسی رودخانه است. از نتایج مطالعه ی رفتار سیال پیرامون موانع متخلخل، می توان در طراحی آبشکن های متخلخل توری سنگی، همچنین ساخت موانع متخلخل توری سنگی در مسیر جریان، جهت استهلاک انرژی جریان و... استفاده کرد. در این پژوهش به بررسی آزمایشگاهی ساختار جریان پیرامون آبشکن های متخلخل در کناره کانال و موانع متخلخل در وسط کانال مستقیم با بستر ثابت پرداخته شده است. در اندازه گیری سرعت های سه بعدی از دستگاه سرعت سنج نقطه ای ADV استفاده شده است. نتایج نشان داد، مولفه های سه بعدی سرعت در آبشکن ها و موانع با افزایش درصد تخلخل، کاهش می یابد. همچنین جدایش جریان ، جریان های بازگشتی، جریان انحرافی و همچنین، جریان پایین رونده، در حالتی که مانع در وسط کانال قرار دارد نسبت به حالتی که آبشکن در کناره ی دیواره کانال قرار دارد شدیدتر است. همچنین تاثیر درصد تخلخل در موانع نسبت به آبشکن ها خیلی بیشتر و واضح تر است. و شدت آشفتگی و وسعت محدوده دارای بیشینه شدت آشفتگی در موانع وسط کانال نسبت به آبشکن های کناره دیواره شدیدتر است. در نهایت،روند کاهش شدت آشفتگی در تخلخل های بیشتر، کندتر است.
کلید واژگان: آبشکن توری سنگی, موانع توری سنگی, الگوی جریان, درصد تخلخل, سرغت سنج ADV, شدت آشفتگی, انرژی جنبشی آشفتگیHydrodynamically, there is a complex confrontation among the porous obstacles along the flow path and the fluid is significantly important Existence of obstacles in the flow path causes changes in hydraulics and hydrodynamic parameters of the flow. Among the hydrodynamic parameters that change due to the presence of obstacles in the flow path, we can mention the intensity of flow turbulence. Since turbulence is related to the energy dissipation of flow, it has always been important to study this phenomenon.one of the most important issues of river engineering is The construction of obstacles in the fluid path, especially when these obstacles are built at the river crossing. The results of studying the behavior of fluid around porous obstacles can be used in the design of gabion groins, as well as the construction of gabion obstacles in the flow path, to dissipate flow energy .In this study, the flow structure around porous groins on the side of the canal and porous obstacles in the middle of a straight channel with a fixed bed has been investigated in a laboratory. The ADV was used to measure three-dimensional velocities and reynolds stresses around the gabion obstacles with different porosity on the side and middle of the channel The obstacles on the side of the canal act as groins and the obstacles in the middle of the canal act as obstacle consuming the energy of the stream. The velocity was measured at 1265 points for groins and it was measured at 1525 points for obstacles located in the middle of the channel .The results showed that the three-dimensional velocity components decrease with increasing porosity in groins and obstacles. Also, the separation of flow, return flow, ..., is more severe when the obstacles is in the middle of the channel than when the groin is on the side of the channel wall.Also, the effect of porosity percentage on obstacles is much greater and clearer than on groins.And the intensity of turbulence and the extent of the area have the maximum intensity of turbulence in the obstacles in the middle of the canal is more severe than the groins in the side wall. The maximum amount of kinetic energy for obstacles is somewhat larger than for similar groins. However, the maximum turbulence intensity for the obstacles with porosity percentages of 0, 20, 40 and 60 is about 2.95, 2.4, 1.9 and 1.6 times the maximum turbulence intensity in the same groin, which is relatively large. Therefore, it can be understood that the presence of a obstacles in the middle of the channel, although it does not cause much change in flow energy, but the presence of obstacles in the middle causes the current energy dissipation up to about 2 times the current energy dissipation behind the groin.and, the process of reducing the intensity of turbulence is slower at higher porosities. Finally, The width of the zone with more turbulence intensity in the cross section for the obstacles with porosity of 0, 20, 40 and 60% is about 2.3, 2.1, 2 and 1.9 times the range in the same groin, respectively. Which in itself indicates a greater depreciation of the flow behind the obstacle.
Keywords: gabion groin, gabion obstacle, flow pattern, porosity percentage, veloci, ADV velocimeter, Intensity of turbulence, Kinetic energy of turbulence -
شیب شکن های قایم سازه ای پرکاربرد در کانال های آبیاری و زهکشی بوده که به منظور کاهش شیب تند کانال مورد استفاده قرار می گیرند. پایین دست شیبشکن به حوضچه آرامش منتهی میگردد که نقش استهلاک انرژی جریان را بهعهده دارد. در تحقیق حاضر سعی گردیده است تا اثر دندانهدار کردن لبه این سازه بر میزان استهلاک انرژی و سایر پارامترهای هیدرولیکی آن به صورت عددی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور، دو تعداد لبه، با دو ابعاد نسبی، در نظر گرفته شده و محدوده عمق بحرانی نسبی نیز بین 2/0 تا 35/0 انتخاب شده است. از نرمافزار Flow3D با دو مدل آشفتگی k-ε و RNG برای انجام مدلسازی استفاده گردید. نتایج نشان داد که مدل آشفتگی RNG در مقایسه با مدل آشفتگی k-ε تطابق خوبی با مقادیر آزمایشگاهی دارد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که استفاده از شیب شکن قایم با لبه های دندانه ای افقی در مقایسه با شیب شکن قایم ساده، استهلاک انرژی، عمق نسبی پایین دست، طول ریزش جت و شدت آشفتگی ایجاد شده را افزایش می دهد. افزایش ابعاد لبه و کاهش تعداد آن ها نیز استهلاک انرژی جریان را افزایش داده و محدوده عدد فرود پایین دست را کاهش می دهد. تعداد 3 عدد لبه دندانه ای با ابعاد نسبی 15/0 بیشترین اغتشاش در خطوط جریان پایین دست ریزش جت را سبب شده و می تواند استهلاک انرژی، عمق ثانویه مورد نیاز جهت تشکیل پرش هیدرولیکی و طول حوضچه آرامش را به ترتیب 12، 19 و 15 درصد کاهش دهد.کلید واژگان: شیب شکن قائم, استهلاک انرژی, Flow3D, لبه دندانه ای, شدت آشفتگیIntroductionDue to the simplicity of construction, vertical drops are widely used to reduce the steep slope of the canal and the volume of earthworks in irrigation and drainage canals. The upstream regime of flow in structures can be subcritical or supercritical. Stilling basins are usually used to dissipate the energy and prevent the bed erosion. Due to the fact that concrete materials are used in the construction of the stilling basin, Hydraulic engineers are always looking for a way to minimize the construction cost of downstream stilling basin and increase downstream energy loss of these structures. The dimensions of the downstream stilling basin depend on the geometry and hydraulic parameters of vertical drop. So In the present study, the effect of serrated drop edge on energy dissipation is investigated numerically using Flow3D software.MethodologyComputational fluid dynamics (CFD) is a branch of fluid mechanics that uses computers to analyze and simulate complex fluid problems. Flow-3D software is one of the most widely used software in the field of computational fluid dynamics.One of the prominent features of this software is the ability to simulate free-surface flow by VOF method. The governing equations of fluid flow are continuity and momentum equations. In Flow 3D software, several turbulence models are implemented. In the present study, k-ε and RNG turbulence models were used to perform the simulation. An experimental vertical drop set up with a height of 25 cm, width of 46 cm and a relative critical depth ranging from 0.2 to 0.35 was used for simulation. Total relative energy loss was used to validate the numerical results. Afterwards, different arrangements of dented (serrated) edge were used to simulate the flow on a vertical drop. The squared shapes in plan were used. The dimensions of dented edges which distributed symmetrically along the width were 6.9 and 4.6 cm (0.15 and 0.1 times the width of the flume) and their thicknesses were 2 cm. So, the number of dented edges was 3 and 4, respectively. The total number of meshes was considered to be 1237500. According to the dimensional analysis, the relative energy loss can be expressed as equation (1): ΔE/Eu=f(yc/h, n, α) (1) where, yc/h is the relative critical depth, n is the number of serrated edge and α is the relative dimensions of the serrated edge.Results and DiscussionThe RNG turbulence model showed better agreement with laboratory values compared to the k-ε turbulence model. The results showed that the use of dented vertical drop increases the energy loss for the same relative depth in downstream, length of falling jet and the turbulence intensity compared to the simple vertical drop. In the dented model, irregularities in the streamlines of downstream increased significantly. Increasing in dimensions of the dented edges and decreasing their number caused more irregularity in streamline and augmentation of the turbulence. So, the model with 3 dented edges (relative dimension of 0.15) performed the most turbulence and irregularity in the downstream streamlines. Energy losses in vertical drop with 3 and 4 dented edges and ordinary vertical drop are compared. The average energy losses were 26, 38, 15 and 25 percent, respectively. Although the use of dented edges increases the length of falling jet, but the stilling basin length for energy loss in models with dented edges is less than the ordinary model.ConclusionAccording to the results of the present study, the vertical drop with 3 dented edges and relative dimension of 0.15 performs the highest energy loss as compared to the ordinary vertical drop and other models of the present study. In this study, the Froude number ranged from 3.7 to 4.5 in the ordinary vertical drop to 2.7 to 2.9. Since a stilling basin is usually constructed at downstream of the vertical drop to dissipate the destructive kinetic energy of the flow and the dimensions of the stilling basin depends on the Froude number, so the use of dented edges in the vertical drop has such advantages as reduction in basin dimensions, augmentation in energy loss and lower depth for tail-water to form the hydraulic jump. Therefore, considering the hydraulic and economic conditions of the design, it is possible to use dented edges in practice to reduce the dimensions of the stilling basins and increasing the energy loss of flow in downstream of vertical drops. Some other features and conditions are not considered in this study. So, it is suggested that the effect of angle of dented edges on energy loss and other hydraulic parameters could be investigated.Keywords: Vertical Drop, energy loss, Flow3D, Serrated edges, Turbulence Intensity
-
یکی از راهکارهای مناسب برای حل مشکل انباشت رسوبات در بالادست سرریزهای لبه تیز، تغییر شرایط هیدرولیکی سرریز است. با تغییر هندسه ی سرریز، شرایط هیدرولیکی بالادست آن تغییر می کند که عاملی بر تغییر شدت آشفتگی در پشت سرریزهاست. گرچه ایجاد آشفتگی باعث کاهش ضریب دبی سرریز می شود، اما می تواند باعث افزایش شرایط خودپالایی رسوبات ناحیه ی بالادست سرریز نیز شود. ازاین رو، پژوهش حاضر با هدف معرفی نوع جدید سرریز لبه تیز با دیواره ی نیم سیکل کسینوسی انجام شده است. در این راستا، ابتدا سه مدل از سرریز لبه تیز با دیواره ی نیم سیکل کسینوسی با بازشدگی های صفر، 3 و 6 سانتی متر ساخته و یک مدل مستطیلی نیز به عرض مشابه با 3 سرریز دیگر به عنوان شاهد در نظر گرفته شدند. برداشت الگوی جریان توسط سرعت سنج صوتی ADV در ناحیه ی بالادست سرریز نشان داد که با افزایش بازشدگی سرریز، شدت آشفتگی افزایش پیدا می کند. بیشترین میزان شدت آشفتگی در سرریز با بازشدگی w/b=0.2 مشاهده شد. همچنین ضریب دبی سرریز در جریان آزاد ارزیابی شد و نتایج نشان داد که به ازاء h/P=0.78، ضریب دبی سرریزهای کسینوسی از سرریزهای مستطیلی کمتر می شود، ولی به ازاء مقدار مذکور، شدت آشفتگی که عاملی بر آب شستگی رسوبات است، افزایش پیدا می کند.
کلید واژگان: سرریز کسینوسی, سرعت سنج صوتی, ضریب دبی, شدت آشفتگی -
تخمین سرعت متوسط عمقی و شدت آشفتگی برای شناسایی وجود جریان های ثانویه، شکل و موقعیت آن از اهمیت زیادی در علم هیدرولیک و مهندسی رودخانه برخوردار است. جریان های ثانویه تابع عواملی همچون شکل زبری بستر کانال، شیب کانال و تنش برشی می باشد. مطالعه حاضر به بررسی اثر شکل زبری بر الگوی جریان ثانویه با مدل سازی عددی در نرم افزارFLOW 3D با مدل آشفتگی RNG پرداخته است. در نتایج بدست آمده از بررسی های سرعت متوسط، میانگین خطای حاصل برای حدفاصل زبری های مثلثی 94/9% و برای روی تاج زبری 71/3% بود و در مورد سرعت برشی، میانگین خطای حاصل برای زبری مثلثی در سه مقطع در راستای کانال 37/6% حاصل گردید که نشان از توافق خوب مدل عددی با مدل آزمایشگاهی مرجع است. شرایط جریان در کانال برای سه نوع شکل زبری (مستطیلی، ذوزنقه ای با زاویه داخلی 80 درجه و ذوزنقه ای با زاویه داخلی 55 درجه) که بیشترین کاربرد را در سازه های هیدرولیکی دارا می باشند طراحی و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بررسی شدت آشفتگی، جریان های ثانویه عرضی و انرژی جنبشی آشفتگی نشان از تاثیر بیشتر زبری ذوزنقه ای با زاویه داخلی 55 درجه نسبت به دو شکل دیگر زبری را نشان داد. میزان اختلاف شدت آشفتگی در زبری ذوزنقه ای با زاویه داخلی 55 درجه نسبت به زبری مثلثی 54/4% بود. محل تشکیل مرکز هسته سلول ها در عمق تقریبی2/0 متر شروع شده بود. انرژی جنبشی آشفتگی با هسته مرکزی در بالای سطح زبری با مقدار تقریبی 0002/0 برای تمام زبری ها شروع شده، اما محل قرار گیری آن با توجه به هندسه زبری متفاوت می باشد.
کلید واژگان: جریان های ثانویه, شکل زبری, شدت آشفتگی, انرژی جنبشی آشفتگی, FLOW 3DIt is important in Hydraulic and river engineering to estimate the mean velocity and turbulence intensity to identify the presence of secondary currents, its shape and position. The flow of channels consists of three components of velocity: one in the direction of flow ,one in the transverse and the orther in the vertical directions of the channel. Due to the heterogeneity of the velocity fluctuations, a series of vortex vortices in the channel section to be formed which is called secondary currents cells. The secondary currents are dependent on factors such as bed roughness, channel slope and bed shear stress. The present study investigates the effect of bed roughness form on the pattern of secondary currents with numerical modeling in Flow-3D software by using RNG turbulent model. In order to successfully model and reduce the cost of simulating the near wall region, mesh sensitivity analysis has been done and numerical domain has been divided into some subdomains. This research has been carried out according to the data of the Negara laboratory model (for triangular roughness) carried out at the Hydraulic Laboratory of Singapore National University. In the results obtained from the mean velocity profile, the mean error for the roughness trough was 9.94% and for roughness crest was 3.71%. in the case of shear velocity, the error was obtained at three cross sections x=4m, x=5m and x=6m respectively 6.58%, 6.86% and 5.67% which demonstrated the good fit of the numerical model results with the reference laboratory model. The flow conditions in the channel were designed and studied for three geometries of roughness (with same height) ,i.e., rectangular roughness, trapezoidal roughness with an internal angle of 80 degrees and trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees that are most used in hydraulic structures. The results of the study on the turbulence intensity, secondary currents and turbulence kinetic energy showed the effect of trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees relative to the other two forms of roughness. The difference in the turbulence intensity in trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees relative to a triangular roughness was obtained about 4.54%. The location of the center of the secondary current cell was in the depth of about 0.2 meters. The tendency of cells to the side walls of the channel is also affected by roughness geometry. In trapezoidal roughness with an internal angle of 55 degrees, there is a tendency to both walls. The turbulence kinetic energy contour with the center of the nucleus begins at the roughness crest with an approximate value of 0.0002 for all roughness, but its location was different in relation to the roughness geometry. In fact, the turbulence kinetic energy is the effect of fluctuating components of the velocity that the existence of external rotations is the effect of the redistribution of energy by velocity tensor, which is responsible for the formation of secondary current cells. As has been pointed out in the literature, results showed the role of roughness shape in the appearance of the secondary currents.
Keywords: Secondary currents, Roughness form, Turbulence intensity, Turbulence kinetic energy, Flow-3D -
در پژوهش حاضر، حوضچه های آرامش نوع I،II و IIIبعد از صحت سنجی با مدل آزمایشگاهی، شبیه سازی عددی شده و ضمن بررسی پرش هیدرولیکی، پارامترهای هیدرودینامیکی جریان مانند فشار، سرعت، شدت آشفتگی و ورتیسیتی مورد مقایسه و تحلیل قرار گرفتند. از مدل های RNG و VOF برای شبیه سازی آشفتگی و سطح آزاد جریان استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که کارایی حوضچه نوع III و II از حوضچه نوع I بیشتر است و این کارایی به دلیل تاثیر قابل توجه بلوک های پای تندآب در حوضچه نوع III و آبپایه انتهایی در حوضچه نوع II است. همچنین وجود موانع در حین پرش هیدرولیکی تاثیر چندانی بر شدت آشفتگی نداشته اما در انتهای پایاب باعث کاهش شدت تلاطم و آشفتگی شده به طوری که این پارامتر در حوضچه های نوع II و III نسبت به حوضچه نوع I به ترتیب در حدود 12% و 27% کمتر است و در نتیجه باعث کاهش خسارت می شود. ورتیسیتی در حوضچه نوع II به ترتیب درحدود %98 و %67 نسبت به حوضچه نوع I و III کمتر است و در پایاب این حوضچه ورتیسیتی تقریبا صفر است و فقط حرکت انتقالی وجود دارد. در نتیجه این حوضچه در آرام کردن جریان نقش مهم تری از دو حوضچه دیگر دارد.کلید واژگان: حوضچه های آرامش نوع I, II, III, مدل عددی, شدت آشفتگی, تغییرات فشار و سرعت, ورتیسیتیIn the present research, USBR stilling basin Types I, II and III were simulated numerically after validation by physical model data. Regarding position of forming hydraulic jump in each type, hydrodynamic parameters such as pressure, velocity vorticity and turbulence intensity were compared and analyzed in three standard stilling basins. RNG, VOF and FAVOR models were used to simulate turbulent, free surface and solid faces, respectively. Results showed that the performance of USBR Type III and II are greater than Type I, due to significant influence of chute blocks in Type III and end sill in Type II stilling basin. Presence of obstacles during jump had little effect on the turbulence intensity but reduced turbulence in the tail water. Therefore, turbulence in the tail water of stilling basin Type II and Type III was reduced about 11.76% and 26.72%, respectively in comparison with Type I stilling basin which caused to reduce the damage in the downstream. Vorticity in Type II was about 98% and 66.6% lower than Types I and III, respectively. In tail water of this stilling basis this parameter was about zero. Moreover, stilling basin Type II reduced the energy of flow more than Type I and Type III.Keywords: Stilling Basin Types I, II, III, Numerical Model, Turbulence Intensity, Pressure, Velocity, Vorticity, High Dam
-
در این مقاله، الگوی جریان در یک تنگ شدگی، به واسطه ساخت کوله های پل مورد مطالعه قرار گرفته است. بدین منظور در فلومی به عرض 5/73 سانتیمتر با بستر فرسایش پذیر تنگ شدگی یک پل با ساخت کوله های آن ایجاد شده و پس از برقراری جریان و به تعادل رسیدن حفره آبشستگی الگوی جریان برداشت شده است. این آزمایش ها با یک دبی ثابت و دو عمق پایاب متفاوت انجام شده است.
بدین منظور در شبکه نقاط بالادست محور تنگ شدگی سرعت جریان به صورت همزمان در سه جهت x،y،z، توسط دستگاه ADV، اندازه گیری و بر اساس تغییرات سرعتهای لحظه ای، شدت آشفتگی جریان نیز محاسبه شده است. بر مبنای اندازه و جهت بردارهای سرعت در شبکه نقاط اندازه گیری شده و همچنین مولفه های شدت آشفتگی جریان در سه جهت x،y،z، تحقیق حاضر به تجزیه و تحلیل الگوی جریان در بالادست تنگ شدگی در بستر فرسایش پذیر می پردازد .کلید واژگان: جریان رو به پایین - گرداب نعل اسبی, جریان چرخشی ثانویه - حفره آبشستگی, شدت آشفتگی, کولهIn the present paper flow pattern at a constriction in an open channel is studied experimentally. A constriction as a model of bridge site is constructed in a flume 73.5 cm wide and with erodible bed. Measurements were carried out after the scour hole was reached to its equilibrium condition. Tests were conducted with one flow discharge and two tail waters. Flow velocity was measured in 3 directions simultaneously with an ADV. Based on instantaneous velocities, turbulence intensity was also calculated and analyzed. The effect of constriction on flow pattern was then studied based on velocity and turbulence measurements in x, y and z directions.Keywords: constriction_erodible bed_turbulence intensity_flow pattern – abutment – downflow
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.