به منظور خارج کردن رسوبات انباشته شده در مخازن سدها و افزایش عمر مفید آنها، شناخت جریان های گل آلود از اهمیت ویژه ای برخورداراست. در این تحقیق، فرآیند جریان گل آلود به صورت اثر عدد فرود چگالی جریان ورودی در محدوده حالت های زیر تا فوق بحرانی (عدد فرود چگالی حدود 0.6 تا 3.5) و از طریق تغییر میزان بازشدگی دریچه ورودی بر پروفیل های سرعت و غلظت جریان گل آلود در حالت دو بعدی و در یک مدل فیزیکی بررسی شده است. مدل فیزیکی شامل فلومی به عرض 20 سانتی متر و بطول 12 متر و ارتفاع 0.5 متر بوده است. سرعت جریان طولی در عمق با استفاده از سرعت سنج ADV اندازه گیری شده و پروفیل های غلظت رسوبات جریان گل آلود از روش ABS و بر اساس داده های پراکنش محاسبه شده اند. نتایج نشان می دهد که افزایش ارتفاع بازشدگی دریچه زیرگذر ورودی، منجر به افزایش سرعت جریان و کاهش ضخامت جریان گل آلود می گردد که این پدیده به نوبه خود افزایش میزان درون آمیختگی ذرات سیال محیطی و کاهش مقادیر غلظت جریان را در پی خواهد داشت. همچنین نتایج نشان می دهد که ارتفاع معادل سرعت متوسط جریان در ارتفاعی برابر با 0.8 ضخامت متوسط جریان و ارتفاع نظیر غلظت متوسط جریان در ارتفاعی معادل با 0.35 تا 0.5 برابر ضخامت متوسط جریان اتفاق می افتد.

پروفیل های قائم سرعت و جهت جریان، غلظت رسوب معلق، شوری و درجه حرارت آب دریا، در طی یک عملیات 25 ساعته در شهریور ماه سال 1379، و در زمان کهکشند، در ایستگاهی در منطقه خورموسی، در شمال خلیج فارس اندازه گیری شده اند. لایه بندی شوری و حرارتی در جریان دیده نشده است. پروفیل های قائم سرعت جریان و غلظت رسوب معلق تبدیل به سری های زمانی هر یک از این پارامترها در اعماق مختلف گشته اند. ساختار قائم جریان رفتار متفاوتی را در حین جزر و مد نمایش می دهد. بعلاوه در هر سیکل جزر یا مد، رفتار جریان در زمان شتاب افزاینده و یا شتاب کاهنده متفاوت می نماید. اختلاف فاز زمانی بین افزایش یا کاهش سرعت در اعماق مختلف بوضوح نمایش داده شده و مقادیر این اختلاف فازها به صورت کمی ارایه شده است. همچنین اختلاف بین زمان حداکثر سرعت با زمان حداکثر غلظت رسوب معلق در اعماق مختلف به صورت کمی تعیین شده است. این اختلاف زمانی با حرکت به سوی سطح افزایش می یابد. درخصوص نرخ انتقال رسوب، مشاهده گردید که عدم تقارن آشکاری بین حالت جزر با مد وجود داشته و نرخ انتقال رسوب در جزر به وضوح از زمان مد بیشتر است.

در این تحقیق تاثیر زبری و شیب کف بر روی پروفیل های سرعت و غلظت جریان غلیظ رسوبی در حالت زیر بحرانی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل نشان دادند که زبری تاثیر قابل توجهی بر روی شکل عمومی پروفیل سرعت به ویژه در ناحیه دیواره خواهد داشت. معادلاتی به منظور تعیین ضرایب و توان های معادلات تجربی پروفیل سرعت در جریان غلیظ برای دو ناحیه دیواره و جت با در نظر گرفتن زبری نسبی استخراج گردید که نتایج حاصل از تحلیل آماری آن ها تطابق قابل قبولی را با اندازه گیری های آزمایشگاهی نشان دادند. همچنین درصد تغییرات مشخصه های پروفیل سرعت و غلظت نیز با در نظر گرفتن زبری نسبت به حالت بدون زبری محاسبه گردید. بررسی پروفیل های غلظت نشان داد که زبری تاثیر قابل توجهی روی پروفیل غلظت نیز داشته است.

نوسانات لحظه ای سرعت نقش مهمی در انتقال مواد رسوبی معلق دارا می باشد. در تحقیق حاضر به بررسی آزمایشگاهی جریان های غلیظ نمکی برروی بسترهای زبر مصنوعی پرداخته شده است. دو شکل زبری استوانه ای و مخروطی با سه ارتفاع زبری مورد استفاده قرار گرفته است. پروفیل سرعت با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی بطوری برداشت گردید. پروفیل های قائم سرعت و غلظت به ترتیب در 3 و 4 مقطع در بدنه جریان برداشت گردید. نتایج نشان داد که افزایش ارتفاع زبری نسبی تاثیر چندانی برروی نوسانات لحظه ای سرعت در ناحیه اختلاط بدنه جریان غلیظ ندارد و همچنین تحلیل نوسانات لحظه ای سرعت برروی بسترهای زبر در ناحیه اختلاط نشان داد که شدت تلاطم در جهت جریان در مرز بین بدنه جریان غلیظ و سیال پیرامون برای زبری های استوانه ای و مخروطی بترتیب حدود 48 و 32 درصد سرعت برشی می باشد.

در این مقاله جریان های گل آلود که به عنوان عامل اصلی انتقال رسوبات به داخل مخازن سدها، دریاها و اقیانوسها می باشد، به کمک یک کد عددی (FLOW-3D) شبیه سازی شد. این نرم افزار معادلات حاکم بر جریان را با استفاده از روش حجم محدود حل می کند. برای صحت سنجی نرم افزار در تعیین پارامتر های هیدرولیکی جریان های گل آلود (پروفیل سرعت)، از یک نمونه آزمایشگاهی استفاده شد و نتایج حاصل از شبیه سازی با اندازه گیری های آزمایشگاهی مربوط مقایسه شد. برای مقایسه نتایج از آزمایشات انجام گرفته توسط حسینی و همکاران که دستگاه آزمایش شامل کانالی به طول 12 متر و عرض 20 سانتی متر و ارتفاع 75 سانتی متر می باشد، استفاده گردید. پارامترهای محاسبه شده شامل پروفیل سرعت در بدنه جریان بوده اند. نتایج حاصل از مدل عددی پروفیل سرعت در بدنه با نتایج آزمایشگاهی تطابق نسبتا خوبی دارد. در بخش داخلی (بین بستر تا سرعت ماکزیمم) تطابق سرعت کیفیت بهتری دارد و در بخش بیرونی (بین سرعت ماکزیمم تا جایی که سرعت تقریبا صفر می شد) این تطابق کمتر مشاهده می شود. به کمک پروفیل های سرعت، سرعت متوسط و سرعت ماکزیمم محاسبه و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید و همچنین تاثیر شیب، دبی و غلظت بر روی سرعت و ارتفاع متوسط جریان مورد بررسی قرار گرفت. در بخش پروفیل سرعت حداقل 0.82 درصد خطا و حداکثر 28.95 درصد خطا مشاهده گردید. نتایج مدل عددی مربوط به پروفیل سرعت با برخی از نتایج آزمایشگاهی مطابقت کمتری داشت که بخش عمده ای از خطاها مربوط به عدم امکان مدل سازی جریان در بخش پایینی در مش بندی به علت کمبود حافظه کامپیوتری و بخشی از خطاها نیز به نحوه مدل سازی جریان گل آلود بوده که لزوم تحقیقات بیشتری در این زمینه و مقایسه با سایر تحقیقات را می طلبد.

جریان های چگال که اغلب جریان گرانشی یا شناوری نامیده می شوند جریان هایی هستند که به سبب اختلاف چگالی بین جریان و سیال پیرامون آن اتفاق می افتند. وقتی یک جریان چگال در یک سیال لایه بندی به سطح شناوری خنثی برسد، از کف جدا می شود و داخل سیال پیرامون نفوذ می کند. در این مطالعه برای بررسی رفتار جریان چگال در محیط پیرامون لایه بندی شده، آزمایش هایی انجام شد. این آزمایش ها با 4 دبی 1، 1.5، 2 و 2.5 لیتر بر ثانیه و 4 غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر که به ترتیب جریان هایی با چگالی 1003.2، 1006.3، 1009.4 و 1012.5 گرم بر لیتر ایجاد می کردند، روی شیب 2.5 درصد انجام شد. لایه بندی با استفاده از مخلوط آب و نمک با گرادیان غلظت عمقی ایجاد شد. برای ایجاد جریان چگال از ذرات سیلیس با قطر متوسط 8 میکرون و وزن مخصوص 2.673 گرم بر سانتی متر مکعب استفاده شد و برای بررسی پروفیل غلظت، غلظت جریان چگال در سه مقطع در طول فلوم با فواصل 3 سانتی متری در عمق با استفاده از سیفون برداشت شد. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که جریان چگال بعد از جدا شدن از بستر تقریبا بصورت افقی در سیال پیرامون پیش می رود و چگالی سیال پیرامون در زیر نقطه جدایی کاهش می یابد. اندازه گیری ها در این مطالعه نشان داد که با افزایش غلظت، عمق غلظت بیشینه و ضخامت جریان کاهش می یابد و با افزایش دبی ضخامت جریان ثابت می ماند.

جریان­ های ثقلی که به آن­ها جریان­ های چگال یا جریان­های غلیظ گفته می ­شود به دلیل اختلاف چگالی بین جریان و سیال پیرامون به­ وجود می­آیند. در مخازن سدها سیال پیرامون ممکن است دارای لایه­بندی عمودی ­باشد. لذا جریان چگال ورودی به چنین مخازنی ممکن است به­صورت میان­گذر ادامه مسیر دهند. در این پژوهش جریان چگال به ­صورت میان­گذر در یک سیال لایه­بندی شده مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی آزمایشگاهی پروفیل سرعت در جریان چگال میان­گذر در سیال پیرامون لایه­بندی شده، آزمایش­ها با چهار دبی1، 5/1، 2 و 5/2 لیتر بر ثانیه و چهار غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر روی شیب 5/2، 25/3 و 4 درصد انجام شد. لایه­بندی با استفاده از مخلوط آب و نمک با گرادیان غلظت عمقی ایجاد شد. برای ایجاد جریان چگال از ذرات سیلیس با قطر متوسط هشت میکرون و وزن مخصوص 673/2 گرم بر سانتی­متر مکعب استفاده شد. سرعت جریان به­وسیله دستگاه سرعت­سنج پروفایلر اکوستیک DOP2000 ثبت شده است. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد وقتی جریان از حالت زیرگذر به حالت میان­گذر تبدیل می­شود سرعت بدنه آن کاهش می­یابد. با افزایش غلظت از پنج تا 20 گرم بر لیتر درصد کاهش سرعت بدنه به­ترتیب 11، 20و 36 درصد در شیب­های 5/25،2/3 و 4 درصد افزایش یافته است. همچنین افزایش دبی از یک تا 5/2 لیتر بر ثانیه درصد کاهش سرعت به­ترتیب 12، 14 و 15 درصد در شیب­های 5/25،2/3 و 4 درصد کاهش یافته است. سرعت پیشانی در جریان میان­گذر بیشتر از سرعت بدنه است.

در مقاله حاضر به بررسی و تجزیه و تحلیل پروفیل های سرعت در جریان غلیظ تحت شرایط متغیری از شیب کف، دبی و غلظت جریان غلیظ و کشش سیال پیرامون پرداخته شده است. آزمایش ها در فلومی شیب پذیر با استفاده از محلول آب و نمک به عنوان جریان غلیظ صورت گرفت. نتایج نشان داد که اعمال هر یک از شرایط فوق تاثیر بسزایی بر مشخصه های مهم پروفیل های سرعت دارد. در ادامه نیز پروفیل های بدون بعد جهت بررسی و مقایسه آنها در رژیم های زیربحرانی، بحرانی و فوق بحرانی استخراج شدند که نتایج نشان داد در حالت فوق بحرانی ضخامت پروفیل ها عموما بیشتر است که به دلیل کشش بیشتر سیال پیرامون می باشد. همچنین ضرایب روابط پروفیل های سرعت در نواحی جت و دیواره استخراج شدند که تطابق خوبی با اندازه گیری های آزمایشگاهی را نشان دادند. نسبت مشخصه های پروفیل های سرعت به یکدیگر نیز جهت درک بهتر ساختار پروفیل ها در جریان غلیظ محاسبه شدند.

امروزه بخش عظیمی از حجم مفید مخازن سدها به واسطه رسوب گذاری از بین می رود. عامل اصلی رسوب گذاری در مخازن سدها جریان غلیظ می باشد. جریان غلیظ، جریانی است که بین دو سیال، به دلیل اختلاف چگالی آن ها به وجود می آید. لذا شناخت این پدیده و ارائه راه کارهایی به منظور مهار آن امری ضروری می باشد. در تحقیق حاضر 4 حالت مختلف از کارگذاری 3 مانع متوالی به منظور کنترل جریان غلیظ مورد بررسی قرار گرفته است. ارتفاع موانع با 3 نسبت از ارتفاع بدنه جریان غلیظ و به صورت 1، 75/0، 5/0 = در نظر گرفته شد (که ارتفاع مانع و ارتفاع بدنه جریان غلیظ است). در 3 حالت از کارگذاری موانع، ارتفاع آن ها یکسان و در حالت چهارم سه مانع به صورت صعودی با اندازه های مذکور در مقابل جریان قرار داده شد. آزمایش ها در 3 شیب صفر، 5/1 و 5/2 درصد، با غلظت20 گرم بر لیتر ( 5/1013= ( و دبی ثابت 1 لیتر بر ثانیه انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که به کار بردن مانع های متوالی بر روی پروفیل های سرعت و غلظت تاثیرگذار است. همچنین بیشترین درصد مهار دبی بدنه جریان غلیظ در شرایط شیب صفر درصد و 1= به میزان 63 درصد و کم ترین آن در شرایط شیب 5/2 درصد و 5/0= و به میزان 22 درصد حاصل شد.