تاثیر زاویه استقرار آبشکن T شکل در قوس بر الگوی جریان با استفاده از مدل عددی (FLOW-3D)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

2 کارشناس ارشد مهندسی عمران، منطقه ده عملیات انتقال گاز ایران، بوشهر

3 دانشجوی دکتری مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

4 استاد هیدرولیک، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

در این تحقیق الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل مستقر در کانال قوسی 90 درجه با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D در شرایط تغییر موقعیت آبشکن در طول قوس (زوایه‌های: 15، 30، 45، 60 و 75 درجه) با بستر صلب مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی در شرایط مشابه (در زاویه استقرار 45 درجه) با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج این مقایسه نشان داد که نتایج عددی و آزمایشگاهی از تطابق نسبتا مناسبی برخوردارند. بنابراین پس از تایید صحت نتایج عددی، به بررسی خطوط جریان، طول نواحی جدایی و اتصال مجدد جریان و طول گردابه‌ها تحت تاثیر موقعیت‌های مختلف استقرار آبشکن پرداخته شد. نتایج حاصل از مدل­سازی عددی نشان داد که در لایه‌های نزدیک به کف و سطح آب، برای تمامی زوایای استقرار آبشکن به جز موقعیت 75 درجه، در پایین دست آبشکن یک گردابه پادساعت­گرد تشکیل شده است. علاوه بر این، با تغییر موقعیت آبشکن از ورودی کانال به سمت خروجی کانال، در لایه نزدیک به کف کانال بیش­ترین طول گردابه (به طول 7/4 برابر طول آبشکن) برای حالت استقرار آبشکن در موقعیت 15 درجه و کم­ترین طول گردابه (به طول 9/1 برابر طول آبشکن) در موقعیت 75 درجه رخ داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of the Angle of T-shaped Spur Dike Position in the Bend on Flow Pattern Using Numerical Model (FLOW-3D)

نویسندگان [English]

  • Mohamad Vaghefi 1
  • Ali Khooshabi 2
  • Maryam Akbari 3
  • Masoud Ghodsian 4
1 Associate Professor of Hydraulic Structures, Department of Technical and Engineering, Persian Gulf University, Bushehr
2 M.Sc. of Civil Engineering, District 10 of Iranian Gas Transmission Company, Bushehr
3 PhD Student of Hydraulic Structures, Department of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran
4 Professor of Hydraulic, Department of Civil and Environment Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده [English]

In this research, flow pattern around T-shaped spur dike located in a 90 degree bend channel by using FLOW-3D software in the conditions of changing spur dike position along the bend (angles: 15, 30, 45, 60 and 75 degrees) with rigid bed was investigated. Accordingly, the numerical simulation results were first compared to experimental results under similar circumstances (45 angle position). The results of this comparison indicated that the numerical and experimental results enjoy rather appropriate correspondence. Therefore, after verification of numerical results, investigation of streamlines, length of flow separation and reattachment zones, and length of vortices under the influence of different positions of placing spur dike was conducted. The results obtained from numerical modeling indicated that at the layers near water surface and bed, for all angles of spur dike placement except position of 75 degrees, at downstream of spur dike a counterclockwise vortex has formed. Moreover, by changing the position of spur dike from the entrance of channel towards the exit of channel, at layer near bed, the maximum vortex length (as long as 4.7 times the spur dike length) for mode of spur dike placement in position of 15 degrees and the minimum vortex length (as long as 1.9 times the spur dike length) in position of 75 degrees have occurred.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow Pattern
  • T-Shaped Spur Dike
  • Spur Dike Location
  • Spur Dike Position Angle
  • 90 degree bend
الیاسی،س.، اقبال زاده،ا.، جوان،م و واقفی،م. 1394. اثر تنگ ‌شدگی مقطع ناشی از آبشکن در قوس بر الگوی جریان با نرم‌افزار FLOW-D. مجله آبیاری و زهکشی ایران. 9. 6: 983-993.
رادان،پ. و واقفی،م. 1394. الگوی جریان در کانال قوسی با آبشکن سرسپری جاذب و دافع مستغرق با مدل SSIIM. مجله آبیاری و زهکشی ایران. 9. 5: 773-783.
قدسیان،م.، واقفی،م و پناه پور،ن. 1387. بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان دو بعدی اطراف آب شکن در قوس 90 درجه. مجله علوم کشاورزی و منابع طبیعی. 15. 4: 1-13.
محسنی مهر،و.ا.، واقفی،م و هاشمی،س.ش. 1394. مطالعه عددی اثر موقعیت آبشکن T شکل بر قدرت جریان ثانویه با استفاده از نرم افزار SSIIM. نشریه علوم و مهندسی آبیاری. 38. 4 : 165-175.
واقفی،م.، اکبری،م و فیوض،س.ع. 1394. مقایسه آزمایشگاهی مولفه‌های سه بعدی سرعت جریان پیرامون آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب با نتایج نرم افزار Flow-3D. مجله مهندسی منابع آب. 8. 25: 31-46.
واقفی،م.، زره پوش،ه و اکبری،م. 1393. مطالعه عددی تاثیر شعاع انحنا بر الگوی جریان پیرامون آبشکن سرسپری مستغرق. مجله مهندسی آبیاری و آب ایران. 5. 18: 145-156.
واقفی،م.، قدسیان،م و صالحی نیشابوری،س.ع.ا. 1387. بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان کمی اطراف آبشکن T شکل در قوس 90 درجه با بستر صلب. نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز. 37. 3: 81-87.
Abhari,M.N., Ghodsian,M., Vaghefi,M.and Panahpur,N. 2010. Experimental and numerical simulation of flow in a 90 bend. Flow Measurement and Instrumentation. 21. 3: 292-298.
Acharya,A., Acharya,A and Duan,J.G. 2011. Three Dimensional simulation of flow field around series of spur dikes. International Refereed Journal of Engineering and Science. 2. 7: 36-57.
Ahmad,M. 1951. Spacing and protection of spurs for bank protection. Civil Engineering and Publication review. 46. 1: 3-7.
Ahmad,M. 1953. Experiments on design and behavior of spur dikes. Proc. Of Cong. Of IAHR. 145-159.
Chen,Y and Ikeda,S. 1997. Horizontal separation flow in shallow open channel with spur dike. Journal of Science and Hydraulic Engineering. 15. 2: 13-20.
Duan,J.G., He,L., Fu,X and Wang,Q. 2009. Mean flow and turbulence around experimental spur dike. Advances in Water Resources. 32. 12: 1717-1725.
Flow Science, Inc. 2008. FLOW-3D User’s Manual. Flow Science, Inc., 9.3 editions.
Ghodsian,M and Vaghefi,M. 2009. Experimental study on scour and flow field in a scour hole around a T shape spur dike in a 90 degree bend. Journal of Sediment Research. 24. 2: 145-158.
Giri,S., Shimizu,Y and Surajata,B. 2004. Laboratory measurement and numerical simulation of flow and turbulence in a meandering-like flume with spurs. Flow Measurement and Instrumentation. 15. 5: 301-309.
Rajaratnam,N and Nwachukwu,B. 1983. Erosion near groyne-like structures. Journal of Hydraulic Engineering. 21. 4: 277-287.
Tingsanchali,C and Maheswaran,M. 1990. 2-D depth-averaged flow computation near groyn. Journal of Hydraulic Engineering. 116. 1: 71-86.
Uijttewaal,W., Lehmann,D and Mazijk,A. 2001. Exchange processes between a river and Iits groyne fields Model Experiments. Journal of Hydraulic Engineering. 127. 11: 928-936.
Vaghefi,M., Ghodsian,M and Salehi Neyshaboori,S.A.A. 2009. Experimental study on the effect of a T-Shaped spur dike length on scour in a 90 degree channel bend. The Arabian Journal for Science and Engineering. 34. 2B: 337-348.
Vaghefi,M., Ghodsian,M. and Salehi Neyshaboori, S.A.A. 2012. Experimental study on scour around a T-Shaped spur dike in a channel bend. Journal of Hydraulic Engineering. 138. 5: 471-474.
Vaghefi,M., Ghodsian,M and Adib,A. 2012. Experimental study on the effect of Froude number on temporal variation of scour around a T-shaped spur dike in a 90 degree bend. Applied Mechanics and Materials. 147: 75-79.
Vaghefi,M., Safarpoor,Y and Hashemi,S.S. 2015. Effects of relative curvature on the scour pattern in a 90° bend with a T-shaped spur dike using a numerical method. International Journal of River Basin Management. 13. 4: 501-514.
Vaghefi,M., Shakerdargah,M and Akbari,M. 2014. Numerical study on the effect of ratio among various amounts of submersion on three dimensional velocity components around T-shaped spur dike located in a 90 degree bend. International Journal of Scientific Engineering and Technology. 3. 5: 675-679.
Vaghefi,M., Shakerdargah,M., Fiouz,A.R and Akbari,M. 2014. Numerical investigation of the effect of Froude number on flow pattern around a single T-shaped spur dike in a bend channel. International Journal of Engineering Research. 3. 5: 351-355.
Vaghefi,M., Mohsenimehr,V.A and Akbari,M. 2014. Numerical investigation of wing to web length ratios parameter of T-shaped spur dike in a 90 degree bend on scour pattern. Journal of River Engineering. 2. 3: 24-32.
Vaghefi,M., Alavinezhad,M and Akbari,M. 2016. The effect of submergence ratio on flow pattern around short T-head spur dike in a mild bend with rigid bed using numerical model. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 0: 1-9.