پژوهش آب ایران

چکیده بیشتر رودخانه‌ها در طبیعت پیچان‌رود بوده و همیشه در حال فرسایش در ساحل خارجی و رسوب‌گذاری در ساحل داخلی پیچ‌ها هستند. بنابراین شناخت الگوی جریان و مکان‌های فرسایش و رسوب‌گذاری در پیچ‌ها مهم است. در این پژوهش، به بررسی مدل‌های ریاضی آشفتگی با نرم‌‌افزار فلوئنت پرداخته خواهد شد تا مدل‌هایی که با داده‌های آزمایشگاهی هماهنگی مناسبی دارند، برای استفاده در پیچ‌های مختلف رودخانه‌ای معرفی شوند. داده‌های آزمایشگاهی مورد استفاده، کانالی با پیچ تند بوده که در دانشگاه EPFL سوئیس قرار دارد. برای بررسی مدل‌های آشفتگی، از پارامترهای متوسط‌گیری شده در عمق استفاده شد. همچنین برای بررسی کمی مدل‌ها، تعدادی پروفیل سرعت طولی مدل عددی انتخاب شده و با پروفیل‌های آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده مقایسه شد. نتایج بررسی سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق نشان داد که مدل‌های K-ε، K-ω و RSM توانایی تعیین دقیق نقاط مهم جریان را ندارند. این مدل‌ها، منطقه جدا شدگی جریان را در زاویه 90 درجه نشان می‌دهند در حالی که اندازه‌گیری‌ها این منطقه را در زاویه 75 درجه مشخص کرده است. اما مدل LES به صورت مناسبی منطقه جداشدگی را نشان می‌دهد و موقعیت‌های بیشینه سرعت طولی متوسط‌گیری شده در عمق را نیز بهتر از سه مدل دیگر مشخص می‌کند. مقایسه کمی پروفیل‌های سرعت نشان داد که مدل LES خطای کمتری از دیگر مدل‌ها دارد و می‌تواند به عنوان مدل مناسب برای بررسی الگوی جریان در پیچ آبراهه‌‌ها استفاده شود.

چکیده شناخت جریان عرضی قوی ناشی از نیروی گریز از مرکز در پیچان‌رودها سبب شناخت مکان‌ بیشینه فرسایش در ساحل خارجی می‌شود. از ‌این‌رو با شناخت مکان‌های مناسب برای احداث دهانه آبگیر و انجام عملیات مناسب مهندسی رودخانه می‌توان از تخریب سازه‌ها و زمین‌های زراعی اطراف رودخانه جلوگیری کرد. در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی توان جریان ثانویه و تغییرات آن در پیچ رودخانه و مدل‌های پیش‌بینی مکان بیشینه فرسایش عرضی پرداخته شده است. آزمایش‌های این پژوهش در یک پیچ تند با نسبت شعاع مرکزی به عرض 1.31 در یک توپوگرافی توسعه یافته و سه دبی 63،‏ 89 و 104 لیتر بر ثانیه انجام شده است. بررسی‌ها نشان‌گر هماهنگی کامل جریان ثانویه با تغییرات شیب عرضی بستر و کاهش توان جریان ثانویه با افزایش دبی می‌باشد. به بیان واضح‌تر نسبت انرژی جنبشی عرضی به طولی از 43 درصد در دبی 63 لیتر بر ثانیه به 35 درصد در دبی 104 لیتر بر ثانیه کم شده است. همچنین مکان دهانه آبگیر در پیچ تند در حدود یک سوم از ورودی پیچ به دست آمده است. علاوه ‌بر آن،‏ بررسی مدل‌های تأخیر فاز جریان ثانویه نشان داد که آن‌ها توانایی پیش‌بینی صحیح مکان بیشینه فرسایش را ندارند. دلیل این امر عدم درنظرگرفتن تندی پیچ (نسبت شعاع مرکزی به عرض کانال) است که روی الگوی جریان عرضی تأثیر بسزایی دارد.

چکیده پیچانرودها نوع مهمی از رودخانه‌ها را تشکیل می‌دهند و بررسی الگوی جریان آن‌ها بخش قابل توجهی از مهندسی رودخانه را تشکیل می‌هد. تاکنون مدل‌های زیادی در زمینه‌ الگوهای جریان ارائه شده ولی همه آن‌ها عدم قطعیت‌های فراوانی دارند که دلیل آن‌را می‌‌توان در عدم شناخت کافی از الگوهای جریان در پیچ، جستجو کرد. در این تحقیق به بررسی الگوهای جریان و سیر تغییرات آن‌ها در خم پرداخته شده است. کانال مورد آزمایش دارای شعاع انحنا خط مرکزی 1.7 متر و عرض 1.3 متر است. آزمایش‌ها در دبی‌های 63، 89 و 104 لیتر بر ثانیه روی توپوگرافی توسعه یافته اجرا شد. نتایج نشان داد که تغییرات توپوگرافی و الگوی جریان تقابلی کاملاً هماهنگ دارند، به‌طوری‌که با داشتن توپوگرافی بستر تا حدود زیادی می‌توان به وضعیت الگوی جریان پی برد. تغییرات دبی عرضی واحد و سرعت عرضی با توپوگرافی بستر هماهنگ و دارای سیر نزولی و نوسانی به سمت پایین‌دست می‌باشند، اما الگوی سرعت طولی از این تغییرات پیروی نمی‌کند. همچنین شباهت الگوهای جریان در دبی‌های مورد بررسی، نشان‌دهنده تأثیر بالای شعاع انحنا در مقابل دیگر پارامترهای جریان است.

چکیده رودخانه‌های طبیعی به‌ندرت دارای مسیر مستقیم‌اند و معمولاً به شکل پیچانرود هستند. شناخت مشخصات جریان در آبراهه‌های روباز و تأثیر متقابل جریان و بستر آبراهه بر یکدیگر از دیرباز برای محققین جالب توجه بوده است. مشکل عمده در تبیین مشخصات جریان در پیچ رودخانه، وجود جریان‌های ثانویه قوی و اثرات آن‌ بر توزیع سرعت‌های طولی و عرضی است. جریان در پیچ رودخانه‌ها توسط محققین زیادی بررسی شده و روابط متعددی برای تعیین پارامترهای جریان ارائه شده است. با وجود این روابط ارائه شده، به‌ویژه در پیچ‌های تند که جریان ثانویه بسیار قوی بر الگوی سرعت تأثیرگذار است، پاسخ‌های مناسبی را ارائه نمی‌دهند. در این تحقیق در ابتدا، با توجه به خصوصیات سرعت طولی در پیچ تند، مدلی جدید برای پیش‌بینی سرعت ارائه شده است که شامل دو بخش توانی و سینوسی است. سپس به مقایسه برخی از مدل‌های تعیین نیمرخ سرعت طولی در پیچ با مدل جدید پرداخته شده است. نتایج آزمایش‌ها روی کانال آزمایشگاهی قوسی شکل با زاویه مرکزی 193 درجه نشان داد که مدل جدید در مقایسه با مدل‌های پیشین با خطای کمتری قادر به پیش‌بینی سرعت طولی در پیچ است. همچنین، بررسی کاربرد مدل با استفاده از داده‌های 3 پیچ با نسبت‌های شعاع انحنا به عرض مختلف، نشان از قابلیت کاربرد آن در پیچ‌های مختلف دارد.