هیدرولیک
سال:1388 | دوره:4 | شماره:4 |تعداد مقالات:5

آبشستگی پایه های پل خسارت زیادی به پل وارد می آورد. در روشهای مستقیم کنترل این پدیده، به منظور افزایش مقاومت بستر، از سنگ چین استفاده می شود. در روشهای غیرمستقیم برای کاهش آبشستگی ناشی از جریان رو به پایین و گرداب نعل اسبی، از تجهیزاتی مانند طوق، شکاف و صفحات مستغرق استفاده می شود. در تحقیق حاضر، عملکرد طوق مربعی و طوق دایره ای در مدل تک پایه استوانه ای بررسی شده است. نتایج نشان داده که استفاده از هر دو نوع طوق به ویژه در زیر سطح بستر، باعث کاهش عمق آبشستگی می شود. نوع مربعی نسبت به دایره ای، عملکرد بهتری در کاهش عمق آبشستگی داشته است. طوق مربعی کاهش 70 درصدی و طوق دایره ای کاهش 50 درصدی در عمق آبشستگی را نسبت به حالت بدون طوق ایجاد کرده اند.

در این مقاله، الگوی جریان سه بعدی در حالت آشفته برای آبگیری جانبی از قوس 180 درجه با استفاده از مدل آشفتگی RSM در نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده و روش VOF برای شبیه سازی روند تغییرات سطح آب در محل تقاطع و داخل آبگیر به کار رفته است. مدل آشفتگی و روش مزبور ضمن پیش بینی مناسب توزیع سرعت در داخل میدان، تغییرات ایجاد شده در سطح آب را نیز به خوبی پیش بینی می کند. نتایج نشان داد که در آبگیری از قوس رودخانه علاوه بر ناحیه چرخشی داخل آبگیر (مشابه آبگیری از مسیر مستقیم)، یک ناحیه سکون در داخل کانال اصلی و در نزدیکی جدار داخلی قوس، در فاصله کوتاهی پس از دهانه ورودی آبگیر، به دلیل جریان شدید عرضی تشکیل می شود. الگوی جریان داخل آبگیر به صورتی است که ناحیه چرخشی و جریان های مورب نزدیک بستر، باعث ایجاد ناحیه ای گوه شکل در دهانه آبگیر می شوند. مقایسه این پدیده با نتایج آزمایشگاهی محققین قبلی نشان داد که ناحیه مزبور به طور مشخص توسط ذرات رسوب بستر (در مدل آزمایشگاهی) تشکیل گوه ای مثلثی شکل داده و باعث تجمع رسوبها در دهانه آبگیر می شوند. موقعیت نسبی خطوط تقسیم جریان های سطحی و تحتانی در آبگیری از قوس کاملا با حالت آبگیری از مسیر مستقیم متفاوت بوده و تفاوت مزبور، نقش جریان ثانویه ناشی از قوس را در کنترل رسوب ورودی از طریق جریان های تحتانی به داخل آبگیر به خوبی نشان می دهد.

در تحلیل شکل، موقعیت و سایر ویژگیهای جریانهای هیدرولیکی با گرادیان شدید، شرایط مرزی پیچیده و غیر مستقیم، معادلات غیر خطی، دامنه متغیر محاسبات و اثر متقابل شدید فازهای مختلف جریان بر یکدیگر، مهمترین عواملی هستند که در تحلیل باید درنظر گرفته شوند؛ لذا مدل سازی دقیق این جریان ها، جزو پیچیده ترین مسائل محاسباتی محسوب می شود. در تحقیق حاضر نوعی روش لاگرانژی، چند فازی، بدون شبکه و سه بعدی به نام (MP-MPS (Multi Phase Moving Particle Semi-implicit بر مبنای روش حرکت ذرات به صورت نیمه ضمنی MPS توسعه داده شده که برای حل معادلات جریانهای لزج با آشفتگی بالا و مدل سازی دقیق پدیده های هیدرولیکی با گرادیان شدید مانند شکست سد قابل کاربرد است. معادلات سه بعدی لزج در مدل چند فازی برای فازهای گاز، سیال و مرز صلب (جامد) توسعه داده شده است. اثر فازهای مختلف بر یکدیگر در معادلات اعمال و تغییرات فازها به صورت همزمان در مدل سازی در نظر گرفته شده است. برای نمایش توانایی و دقت مدل از مثالهای شکست سد در حالتهای مختلف شرایط مرزی پایین دست و شکست موج استفاده شده و نتایج حاصل از این مدل با نتایج اندازه گیری های آزمایشگاهی و مدل های عددی موجود در این زمینه مقایسه شده است. نتایج نشان دهنده دقت بالای روش ارائه شده در مدل سازی جریانهای پیچیده ای مانند شکست سد است.

در مقاله حاضر نتایج به دست‏ آمده از 63 آزمایش در زمینه آبشستگی توسط جت های دیواره ای سه بعدی ارائه شده است. زاویه جت های مورد مطالعه نسبت به افق از 0 تا 20 درجه و محدوده عدد فرود ذرات از 3.9 تا 12.8 و نسبت عمق پایاب به قطر نازل (Yt/D) از 1.5 تا 19 متغیر بود. در این تحقیق نخست سازوکار آبشستگی ناشی از این نوع جت و سپس اثر زاویه قرارگیری جت دیواره ای نسبت به افق بر شرایط مختلف عمق پایاب و اثر عدد فرود ذرات بر ابعاد حفره آبشستگی مطالعه و روابط مناسبی ارائه شده است. نتایج نشان داد که میزان کاهش عمق حفره آبشستگی با افزایش عمق پایاب بیشتر می شود. در جت های مایل نیز مانند جت های افقی، برای عمق پایاب مقدار بهینه ای وجود دارد که افزایش و کاهش عمق پایاب نسبت به آن باعث افزایش عمق حفره آبشستگی می شود. این مقدار از عمق پایاب با افزایش زاویه جت نسبت به افق افزایش می یابد. ابعاد حفره آبشستگی به جز در چند مورد خاص که در مقاله آورده شده، در جت های مایل کمتر از جت های افقی است. با توجه به نتایج می توان گفت که از جت های مایل می توان به عنوان راه حلی برای کاهش ابعاد حفره آبشستگی جت های دیواره ای استفاده کرد.

سرریز یکی از رایج ترین سازه های اندازه گیری جریان است که به صورت های مختلفی طراحی شده و به کار رفته است. سرریزهای لبه تیز دایره ای امتیازهای ویژه و کاربردهای متنوعی دارند، اما به دلایلی کمتر استفاده می شوند. در این تحقیق روابط حاکم بر جریان عبوری از سرریز دایره ای لبه تیز ارزیابی و به کمک مفهوم حساسیت هیدرولیکی سازه، روابطی ساده برای برآورد جریان عبوری از سرریز ارائه شده که ضریب آن به سادگی قابل واسنجی است. نتایج نشان می دهد که حساسیت نسبی سرریز دایره ای در محدوده 1.25 تا 2 قرار دارد که از مقادیر مربوط به سرریز مثلثی کمتر است، اما نسبت به حساسیت نسبی سرریز مستطیلی، در محدوده ای بیشتر و در محدوده ای دیگر کمتر است. کاربری روابط پیشنهادی، به کمک داده های آزمایشگاهی ارزیابی و چنین نتیجه گیری شد که با استفاده از روابط ارائه شده در این تحقیق، دامنه وسیعی از داده ها با خطایی کمتر از 2.5% قابل پیش بینی است.