بررسی الگوی جریان در حوضچه ی رسوبگیر گردابی مبتنی بر الگوریتم خودکار ردیابی ذره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 علوم و مهندسی آب، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 علوم ومهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

3 علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.

4 مهندسی بیوسیستم/دانشکده کشاورزی/دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

حوضچه‌ی رسوبگیر گردابی که شامل محفظه‌ی استوانه‌ای و یک روزنه‌ی مرکزی در کف آن، کانال ورودی و خروجی جریان می‌باشد با هدف جداسازی ذرات از جریان آب مورد استفاده قرار می‌گیرد، پژوهش حاضر با کمک تکنیک پردازش تصویر به مطالعه حرکت ذره در میدان جریان گردابی در یک مدل آزمایشگاهی از حوضچه‌ی رسوبگیر پرداخته شد. توزیع سرعت ذره، زمان ماند ذره، طول ته‌نشینی با استفاده از تکنیک ردیابی ذره، از طریق کد اتوماتیک محاسبه شد. هم‌چنین کسر حجمی، مسیر جریان ذره و پروفیل سطح آب ،اندازه‌گیری، شناسایی و ترسیم شد و نیز برای تعیین سرعت‌های مماسی، شعاعی و محوری جریان درون حوضچه از سرعت‌سنج مغناطیسی سه بعدی Nortek 21 MHz Micro-ADV استفاده شد. نتایج نشان داد که مشابه توزیع سرعت به دست آمده کد نیمه اتوماتیک، توزیع سرعت‌ کد اتوماتیک نیز در حوضچه‌ی گردابی به صورت تابع سینوسی می‌باشد و تطابق خوبی بین پروفیل سطح آب به دست آمده از اندازه‌گیری مستقیم و پروفیل به دست آمده از پردازش تصویر وجود دارد بطوری که میانگین خطای نسبی آن 36/1 درصد ‌است. مقادیر مؤلفه‌ی سرعت ذره و جریان (داده‌های دستگاه ADV) بهم نزدیک می باشد که فرضیه برابری سرعت ذره و سرعت جریان را اثبات می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating flow pattern in Vortex Settling Basin based on the automatic Particle Tracking algorithm

نویسندگان [English]

  • elnaz mehrabani 1
  • Alinaghi ziaei 2
  • Neda Sheikh reza zadeh nikou 3
  • mahmoodreza golzarian 4
1 water science and engineering/sari agricultural sciences and natural resources
2 water science and engineering/Ferdowsi university of mashhad
3 Water science and engineering/ferdowsi university of mashhad
4 Biosystem engineering/ferdowsi university of mashhad
چکیده [English]

The vortex settling basin, which includes a cylindrical chamber and a central orifice in its bottom, the inlet and outlet channel, is used with the purpose of separating particles from water flow, the present research is done by image processing technique. The study of particle movement in the field of vortex flow in a laboratory model of settling basin was done. The particle velocity distribution, particle detention time, and settling length were calculated using the particle tracking technique by an automatic code. Also, the abstraction ratio, particle flow path and water surface profile were measured, identified and drawn, and also to determine the tangential, radial and axial velocities flow inside basin by Nortek 21 MHz Micro-ADV three-dimensional magnetic speedometer. The results showed that similar to the velocity distribution obtained by the semi-automatic code, the velocity distribution of the automatic code in the vortex basin is in the form of a sinusoidal function and there is a good match between the water surface profile obtained from direct measurement and the profile obtained from image processing, so that the average relative error is 1.36%. The values of particle and flow velocity (ADV device data) are close to each other, which proves the hypothesis of equality of particle velocity and flow velocity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Particle Tracer
  • PTV
  • Settling length
  • Velocity Distribution
  • Vortex

مراجع

مهربانی، الناز.، ضیایی، علی‌نقی.، شیخ رضازاده نیکو، ندا و گلزاریان، محمودرضا. 1401. بررسی الگوی حرکت ذره در حوضچه‌ی رسوب‌گیر گردابی مبتنی بر فن ردیابی ذره. نشریه­ی علمی و پژوهشی هیدرولیک. دوره 17، شماره 4، 15-1.
Adrian, R. J. 2005. Twenty Years of particle image velocimetry. Exp. Fluids 39(2), 159-169.
Athar, M., Kothyari, U.C. and Garde, R.J. 2003. Distribution of sediment concentration in the vortex Chamber type sediment extractor. Journal of Hydraulic Research. 41: 427-438. DOI: https://doi.org/10.1080/00221680309499987.
Athar, M. Athar, H. and Singh Saluja, I. 2018.  Experimental study of flow field in geometric Type I vortex chamber at low water abstraction ratio. ISH Journal of Hydraulic Engineering. DOI: 10.1080/09715010.2018.1473813.
Cecen, K. and Bayazit, M. 1975. Some laboratory studies of sediment controlling structures. Proc. 9th Cong. ICID, Moscow, Soviet Union, pp. 107-111.
Keshavarzi, A.R. and Gheisi, A.R. 2006. Trap efficiency of vortex settling basin for exclusion of fine suspended particles in irrigation canals. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 55(4): 419-434.
Nikou, S.R., Ziaei, A. N. and McDonough, J.M. 2021a. Numerical Modeling of Flow Field in Three Types of Vortex Settling Basins. DOI: 10.1061/ (ASCE) IR.1943-4774.0001628.
Nikou, S. R., Ziaei, A. N. and Dalir, M. 2021b. Study of Effective Parameters on Performance of Vortex Settling Basins Using Taguchi Method, ASCE Journal of Irrigation and Drainage Engineering. Vol. 148(2). 10.1061/(ASCE)IR.1943-4774.0001648.
Li, L., Wang, P., Ma, Y. and Wu, Y. 2020. Reducing Sediment Deposition on Deflector in Vortex Settling Basins. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 146(10): 06020009.
Mulligan, S., Casserly, J. Giovanni, D., and Sherlock, R. 2018. Understanding Turbulent   Free Surface Vortex Flows using a Taylor-Couette flow analogy. Scientific Reports. 8: 824.
Tauro, F., Piscopia, R. and Grimaldi, S. 2019. PTV-Stream: A simplified particle tracking velocimetry framework for stream surface flow monitoring. Journal of Elsevier. DOI: https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.09.009.
Wang, S. and Ohmura, N. 2017. Dynamical Particle Motions in Vortex Flows, in Vortex Dynamics and Optical Vortices, H. Perez-De-Tejada eds. 133–150, INTECH, Rijeka, Croatia 
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 17، شماره 4 - شماره پیاپی 100
مهر و آبان 1402
صفحه 643-654

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار