مقایسه آزمایشگاهی مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان پیرامون آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب با نتایج نرم‌افزار Flow-3D

الموضوعات :

محمد واقفی ¹ , مریم اکبری ² , علیرضا فیوض ³

1 - استادیار سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد، سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر
3 - استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

تاريخ الإرسال : 01 الأحد , ذو القعدة, 1436 تاريخ التأكيد : 01 الأحد , ذو القعدة, 1436 تاريخ الإصدار : 07 الخميس , شوال, 1436

الکلمات المفتاحية: آبشکن T شکل, Flow-3D, شبیه آزمایشگاهی, قوس90 درجه, مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان,

ملخص المقالة :

نرم‌افزار Flow-3D یکی از ابزار پویایی سیالات محاسباتی می‌باشد که برای حل معادلات ناویراستوکس در حالات مختلف برای تعیین الگوی جریان طراحی شده است. یکی از انواع جریانهای پیچیده، که از گذشته تاکنون بسیار مورد توجه بوده، جریان پیرامون آبشکن می‌باشد. علاوه بر آن، اگر این سازه در قوس قرار گیرد، تعیین مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان به مراتب پیچیده‌تر می‌گردد. با توجه به سختی انجام آزمایشها در حالات مختلف، و با در نظر گرفتن فراسنجهای متفاوت موثر در تعیین الگوی جریان، نقش نرم‌افزارهای عددی، از جمله Flow-3D ، بیشتر نمایان می‌شود. در این مقاله، با توجه به داده‌های آزمایشگاهی موجود در مورد آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب، به بررسی مؤلفه‌های سه بعدی سرعت خروجی از نرم‌افزار Flow-3D، و مقایسه­ی آنها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شده است. مؤلفه‌های سه‌بعدی سرعت در مقاطع مختلف طولی، عرضی و مسطحه مقایسه، و مقدار متوسط خطای داده‌های عددی در حالات مختلف محاسبه شدند. بیشترین مقدار متوسط خطای مشاهده‌شده بین شبیه عددی و آزمایشگاهی مربوط به داده‌های سرعت عمقی جریان در مقطع عرضی بوده، که این خطا برابر با 17 درصد می‌باشد. همچنین، مقادیر متوسط خطای اندازه‌گیری شده مربوط به سرعتهای طولی و عرضی جریان نیز به ترتیب برابر با 6 و 10 درصد می‌باشد. بطور کلی، نتایج به دست آمده حاصل از مقایسه‌های صورت گرفته بیانگر تطابق مناسب بین شبیه عددی Flow-3D و داده‌های آزمایشگاهی می‌باشند و این به معنای توانایی بالای این نرم‌افزار در شبیه‌سازی الگوی جریان پیرامون سازه‌های آبی موجود در قوس رودخانه نظیر آبشکن است.

المصادر:

1. شریفی منش، ح. 1374. بررسی و مقایسه میزان آبشستگی اطراف آبشکن‌های باز با استفاده از شبیه آبی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه تربیت مدرس.
   
   
   1. واقفی، م. 1388. مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های T شکل مستقر در قوس 90 درجه. رساله دکتری. دانشگاه تربیت مدرس.
   
   


2. واقفی، م.، ک. بیروتی، و م. اکبری. 1392. مطالعه عددی اثر طول جان آبشکن سرسپری مستقر در مسیر مستقیم با بستر صلب بر الگوی جریان. دوازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران.


3. واقفی، م.، و پ. رادان. 1393. مطالعه عددی آبشستگی و الگوی جریان در نهر قوسی 90 درجه با وجود آبشکن T شکل با تغییر در شعاع انحنای قوس. مجله علمی پژوهشی مهندسی منابع آب. 7(23): 37-51.


4. واقفی، م.، ه. زره پوش شیرازی، و م. اکبری. 1393. مطالعه عددی تأثیر شعاع انحنا بر الگوی جریان پیرامون آبشکن سرسپری مستغرق. مجله علمی پژوهشی آبیاری و آب. 5(18): 145-156.


5. واقفی، م.، م. قدسیان، ب. سلیمانی، و م. اکبری. 1393. بررسی عددی تأثیر شعاع انحنای قوس بر الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل در قوس 90 درجه با بستر صلب. مجله علمی پژوهشی مهندسی منابع آب. 7(22): 51-62.


6. واقفی، م.، م. قدسیان، و س.ع.ا. صالحی نیشابوری. 1388. مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان سه بعدی پیرامون آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه. مجله علمی پژوهشی پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. 6(2): 105-129.
   
   
   1. Acharya, A., A. Acharya and J. G. Duan. 2013. Three dimensional Simulation of flow field around series of spur dikes. Int. Refereed J. Eng. Sci. 2: 36-57.
   
   
   2. Azinfar, H., and J.A. Kells. 2008. Backwater prediction due to the blockage caused by a single submerged spur dike in an open channel. J. Hydraul. Eng. 134: 1153–1157.
   
   
   3. Copeland, R.R. 1983. Bank protection techniques using spur dikes. Hydraulic Laboratory, U.S. Army Engineer Waterways Experiments Station Vicksburg, Mississippi.
   
   
   4. Duan, J. G., L. He, X. Fu, and Q. Wang. 2009. Mean flow and turbulence around experimental spur dike. Adv Water Resour. 32(12): 1717-1725.
   
   
   5. Fazli, M., M. Ghodsian, and S. A. A. Salehi. 2008. Scour and flow field around a spur dike in 90 bend. Int J. Sedim. Res. 23: 56-68.
   
   
   6. Flow Science, Inc. 2008. FLOW-3D User’s Manual. Flow Science, Inc., 9.3 editions.
   
   
   7. Ghodsian, M., and M. Vaghefi. 2009. Experimental study on scour and flow field in a scour hole around a T-shaped spur dike in a 90° bend. J. Sedim Res. 24:145-158.
   
   
   8. Gill, M. A. 1972. Erosion of sand beds around spur dikes. J. Hydraul. Div. 98: 91-98.
   
   
   9. Kassem, A., and M. H. Chaudhry. 2002. Numerical modeling of bed evolution in channel bends. J Hydraul. Eng. 128: 507-514.
   
   
   10. Masjedi, A., I. Akbari and H. Abyar. 2011. Evaluating scour at L-shape spur dike in a 180 degree bend. World Appli Sci J. 15: 1740-1745.
   
   
   11. Nagata, N., T. Hosda, and T. Nakato. 2005. Three-dimensional numerical model for flow and bed deformation around river hydraulic structures. J. Hydraul. Eng. 131: 1074-1087.
   
   
   12. Naji Abhari, M. N., M. Ghodsian, M. Vaghefi and N. Panahpur. 2010. Experimental and numerical simulation of flow in a 90 bend. Flow Measur and Instrument. 21: 292-298.
   
   
   13. Nortek Vectrino Velocimeter User Guide. 2004.  Nortek, USA.
   
   
   14. Perzedwojski, B., R. Blazejewski, and K.W. Pilarczyk. 1995. River training techniques: Fundamental, design and Application. A. A. Balkema. Rotterdam, the Netherlands.
   
   
   15. Soliman, M. M., K. M. Attia, T. A. M. Kotb and A. F. Ahmed. 1997. Spur dike effects on the River Nile morphology after High Aswan Dam. Congr. Int. Associ Hydraul. Res. 120: 125-146.
   
   
   16. Tingsanchali, T., and S. Maheswaran, 1990. 2-D depth averaged flow computation near groyne. J Hydraul. Eng. 116: 71-86.
   
   
   17. Vaghefi, M., M. Ghodsian, and A. Adib. 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. Appl. Mech. Mater. 147: 75-79.
   
   
   18. Vaghefi, M., M. Ghodsian, and S. A. A. Salehi. 2009. Experimental study on the effect of a T-shaped spur dike length on scour in a 90 degree channel bend. Arab J. Sci Techn. 34: 337-348.
   
   
   19. Vaghefi, M., M. Ghodsian and S. A. A. Salehi. 2012. Experimental study on scour around a T-shaped spur dike in a channel bend. Journal of Hydraulic Engineering. 138(5): 471-474.
   
   
   20. Vaghefi, M., V. A. Mohsenimehr and M. Akbari. 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.
   
   
   21. Vaghefi, M., M. Shakerdargah, and M. Akbari. 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. Int J Sci Engi. Technol. 3: 675-679.
   
   
   22. Vaghefi, M., M. Shakerdargah, A. R. Fiouz, and M. Akbari. 2014. Numerical investigation of the effect of Froude number on flow pattern around a single T-shaped spur dike in a bend channel. Int J Eng. Res. 3: 351-355.
   
   
   23. Wu, W., W. Rodi and T. Wenka. 2000. 3D numerical modeling of flow and sediment transport in open channels. J Hydraul Eng. 126: 4-15.
   
   
   24. Yazdi, J., H. Sarkardeh, H. M. Azamathulla, and A. A. Ghani. 2010. 3D simulation of flow around a single spur dike with free-surface flow. Int J River Basin Manage. 8: 55-62.