شبیه‌سازی عددی تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر الگوی جریان در تلاقی کانال‌های روباز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب دانشگاه محقق اردبیلی

2 استادیار گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان

چکیده

پیدایش حفره­های فرسایشی و مناطق رسوب­گذاری ارتباط مستقیم به هیدرولیک جریان در محدوده تلاقی رودخانه­ها دارد. در پژوهش حاضر با استفاده از داده­های آزمایشگاهی، الگوی جریان در تلاقی کانال­ها در محیط Fluent در حالت سه­بعدی شبیه­سازی شد. در مطالعه آزمایشگاهی مذکور، تاثیر شیب جانبی 45 درجه کانال اصلی بر خصوصیات هیدرولیکی جریان در مقایسه با دیوار قایم بررسی شد. در این پژوهش علاوه بر شیب­های جانبی 45 و 90 درجه، در شیب­های جانبی 60 و 75 درجه نیز الگوی جریان به ازای شرایط هیدرولیکی یکسان شبیه­سازی شد. پیش­بینی میدان جریان در امتداد کانال اصلی توسط مدل عددی قابل­قبول بوده و حداکثر خطای شبیه­سازی در محدوده تلاقی رویت شد. میانگین خطای محاسبه سرعت در شیب­های جانبی 45 و 90 درجه به­ترتیب 06/7 و 86/9 درصد به­دست آمد. نتایج حاکی از آن بود که با کاهش زاویه شیب جانبی دیوار کانال اصلی، میزان افتادگی پروفیل سطح آب در سطح ریزش ملایم­تر شد به­طوری­که مقدار آن به­ازای شیب­های جانبی 90، 75، 60 و 45 درجه به­ترتیب 34/1، 13/1، 90/0 و 68/0 درصد به­دست آمد. علاوه بر آن با ضعیف شدن جریان­های چرخشی، طول و پهنای ناحیه جداشدگی در نزدیکی سطح جریان افزایش یافت. همچنین در حالت دیواره مایل بر خلاف دیواره قایم، در نزدیکی بستر ناحیه جداشدگی مشخصی مشاهده نشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Side Slope Effect of Main Channel Wall on Flow Behavior in Open Channels Junction

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Nikpour 1
  • payam Khosravinia 2
1 استادیار گروه مهندسی آب
2 Assistant Professor of Water Engineering. Department of Water Sciences and Engineering. Faculty of Agriculture. University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
چکیده [English]

Appearance of erosion hole and depositional bar has is directly related to hydraulic condition around the rivers confluences zone. In this research, flow pattern in open channel junction was 3D simulated by Fluent and using experimental data. In the experimental study, effects of a 45o side slope in main channel on hydraulic characteristics of flow were investigated and compared with those at a 90o side slope. In this research, furthermore 90o and 45o side slopes, flow patterns of 60o and 75o side slopes were simulated for the same hydraulic conditions. Prediction accuracy of flow field by the numerical model was acceptable and maximum error of simulation was seen around the junction area. Computational error average of velocity for 45o and 90o side slopes were achieved 7.06% and 9.86%, respectively. Results showed falling of water profile surface at avalanche face became milder by decreasing of side slope angle of the main channel wall. The falling values of water profile surface at avalanche face for 90o, 75o, 60o and 45o side slopes were achieved 1.34%, 1.13%, 0.90% and 0.68%. Moreover, by weaken of circular flows, length and width of the separation zone became larger near the water surface. Also, unlike the perpendicular wall, near the bed was not seen a specified separation zone for the inclined walls.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fluent
  • Junction
  • Separation Zone
  • Side slope
حبیبی،س.، رستمی،م و موسوی،ع. 1393. بررسی عددی الگوی جریان و رسوب در محل تلاقی رودخانه­ها. نشریه علوم و مهندسی آبخیزداری ایران. 8.24: 24-19.

خسروی­نیا،پ. 1392. بررسی آزمایشگاهی تاثیر شیب جانبی کانال اصلی ذوزنقه­ای بر الگوی جریان، فرسایش و رسوب­گذاری در تلاقی کانال­های باز. رساله دکتری، رشته سازه­های آبی، گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز.

شجاعی فرد،م.ح و نورپور هشترودی،ا. 1393. مقدمه­ای بر دینامیک سیالات محاسباتی. دانشگاه علم و صنعت ایران. 485 صفحه.

قبادیان،ر.، شفاعی بجستان،م و موسوی جهرمی،ح. 1385. بررسی آزمایشگاهی جدایی جریان در محل تلاقی رودخانه­ها برای شرایط جریان زیربحرانی. مجله تحقیقات منابع آب ایران. 2.2: 77-67.

گوهری،س. 1391. بررسی عددی و آزمایشگاهی الگوی جریان در تقاطع 90 درجه کانال­های مستطیلی. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 19.4: 139-121.

موسوی جهرمی،ح و گودرزی­زاده،ر. 1390. شبیه­سازی عددی الگوی جریان سه­بعدی در تلاقی کانال­های باز. مجله علوم و مهندسی آبیاری. 34.2: 70-61.

Best,J.L. 1987. Flow dynamics at river channel confluences: implications for sediment transport and bed morphology. In Recent developments in fluvial sedimentology. Edited by F.G. Ethridge, R.M. Flores, and M.D. Harvey. Special publication of the Society of Economic Paleontologists and Mineralogists (SEPM). 39: 27-35.    

Biron,P., Ramamurthy,M.A.S and Han,S. 2004. Three-Dimensional Numerical Modeling of Mixing at River Confluences. Journal of Hydraulic Engineering. 130: 243- 253.

Bonakdari,H., Lipeme- Kouyi,G and Wang,X. 2011. Experiment validation of CFD modeling of multiphase flow through open channel confluence. World Environmental and Water Resources Congress. California, May 22-26: 2176-2183.

Borghei,S.M and Jabbari,A. 2010. Local scour at open-channel junctions. Journal of Hydraulic Research. 48.4: 538-542.

Boyer,C., Roy,A.G and Best,J.L. 2006. Dynamics of a river channel confluence with discordant beds: Flow turbulence, bed load sediment transport, and bed morphology, Journal of Geophysical Research. 111: 1-22.

Bradbrook,K.F., Biron,P., Lane,S.N., Richards,K.S and Roy,A.G. 1998. Investigation of controls on secondary circulation in a simple confluence geometry using a three-dimensional numerical model. Hydrological Processes. 12: 1371-1396.

Bradbrook,K.F., Lane,S.N., Richards,K.S., Biron,P.M and Roy,A.G. 2000. Large eddy simulation of periodic flow characteristics at river channel confluences. Journal of Hydraulic Research. 38.3: 207-215.

Cohelo,M.P. 2015. Experimental determination of free surface levels at open-channel junctions. Journal of Hydraulic Research. 53.3: 394-399.

Dordevic,D. 2012. Application of 3D numerical models in confluence hydrodynamics modeling. 19th International Conference on Water Resources. 1-8.

Gurram,S.K., Karki,K.S and Hager,W.H. 1997. Subcritical junction flow. Journal of Hydraulic Engineering. 123: 447-455.

Huang,J., Weber,L.J and Lai,Y.G. 2002. Three-dimensional numerical study of flows in open-channel junctions. Journal of Hydraulic Engineering. 128: 268-280.

Ramamurthy,A.S., Qu,J.Y and Zhai,C. 2006. 3D simulation of combining flows in 90o rectangular closed conduits. Journal of Hydraulic Engineering. 132.2: 214-218.

Shabayek,S., Steffler,P and Hicks,F. 2002. Dynamic model for subcritical combining flows in channel junctions. Journal of Hydraulic Engineering. 128.9: 821-828.

Shakibainia,A., Majdzadeh Tabatabai,M.R and Zarrati,A.R. 2010. Three-dimensional numerical study of flow structure in channel confluences. Canadian Journal of Civil Engineering. 37: 772-781.

Weber,L.J., Shumate,E.D and Mawer,N. 2001. Experiments on flow at a 90o open-channel junction. Journal of Hydraulic Engineering. 127.5: 340–350.

Zhang,T., Wei-lin,X.U., Ping,W.U. 2009. Numerical simulation of three-dimensional characteristics of flow at 90o open-channel junction. Journal of Hydraulic Engineering. 40.1:52-59