پژوهش آب ایران

پژوهش آب ایران

شبیه‌سازی عددی توزیع عمودی غلظت رسوبات معلق در کانال‌های باز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه اراک
2 گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
10.22034/iwrj.2025.14789.2612
چکیده
چکیده: به طور کلی توزیع عمودی رسوبات معلق، پارامتری مهم و اساسی برای محاسبه نرخ انتقال رسوبات معلق در رودخانه‌ها محسوب می‌شود. برای این منظور، حل عددی با استفاده از مجموعه داده‌های آزمایشگاهی معتبر واسنجی و صحت‌سنجی گردید. برای شبیه‌سازی سطح آب از روش VOF استفاده گردید. پس از ارزیابی مدل‌های آشفتگی مختلف، مدل K-ε با خطای متوسط نسبی 6 درصد به‌عنوان مدل آشفتگی برتر انتخاب شد. نتایج مدلسازی نشان داد که نرم‌افزار FLOW-3D دقت قابل‌قبولی در برآورد توزیع غلظت رسوبات معلق دارد، به‌طوری‌که میزان خطای متوسط مدل در برآورد مقادیر توزیع غلظت رسوبات معلق برای داده‌های ونونی 13 درصد و برای داده‌های اینشتین و شن 8/16 درصد است. پس از اطمینان از نتایج حل عددی با این نرم‌افزار، اثر پارامترهایی همچون قطر ذرات رسوب، غلظت رسوبات معلق و زبری بستر بر توزیع عمودی غلظت رسوبات معلق شبیه‌سازی گردید. نتایج نشان داد که با کاهش قطر ذرات رسوب و افزایش غلظت بار رسوبی معلق، توزیع غلظت رسوبات معلق یکنواخت‌تر می‌شود. همچنین، با افزایش زبری بستر، تغییر قابل‌ملاحظه‌ای در شکل کلی توزیع عمودی غلظت رسوبات معلق مشاهده‌ نشد. نتایج این پژوهش عملکرد مناسب مدل FLOW-3D را در شرایط هیدرولیکی مختلف نشان داده و برتری آن را نسبت به روابط تجربی تأیید می‌نماید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Simulation of Suspended Sediment Distribution in Open Channels

نویسندگان English

Mohsen Nasrabadi 1
Sanaz Faraji 2
Mohammad Hosein Omid 2
1 Department of Water Science and Engineering, Arak University
2 Department of Irrigation and Reclamation Engineering, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.
چکیده English

The vertical distribution of suspended sediment is an important and fundamental parameter for calculating the rate of suspended sediment transport. While empirical formulas and analytical solutions have been developed to calculate this parameter, their application is often limited by simplifying assumptions regarding flow conditions, bed characteristics, and sediment properties. The literature review showed that no comprehensive studies have been conducted on the numerical simulation of the distribution of SSC. This paper aims to present a comprehensive numerical simulation approach to predict the vertical distribution of suspended sediment. In this study, the results of the Flow-3D numerical model are first calibrated and validated using a valid laboratory data set, and after ensuring the performance of the numerical model, flows containing high concentrations of suspended sediment load are simulated. The effect of changes in the parameters of sediment diameter, suspended sediment concentration, and bed roughness on the distribution of suspended sediment concentration will also be investigated. The findings of this research not only contribute to a deeper theoretical understanding of sediment transport processes, but also provide a powerful and practical tool for environmental engineers and managers in predicting and mitigating the challenges associated with suspended sediment in various aquatic environments. Also, given the aforementioned limitations for laboratory and field studies in the field of suspended sediment load transfer, this research fills important scientific gaps in the accurate prediction of vertical suspended sediment distribution.

کلیدواژه‌ها English

Concentration distribution
Suspended sediments
FLOW-3D numerical model
bed roughness

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 آذر 1404

  • تاریخ دریافت 30 آذر 1404