الگوی جریان پیرامون آبشکن‌های قائم در قوس 90 درجه ملایم با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی دریا و ماشین‌آلات، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی دریا و ماشین‌آلات، دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر، خرمشهر، ایران

10.22034/jewe.2020.211691.1340

چکیده

به­منظور محافظت سواحل و جلوگیری از فرسایش آن‌ها از سازه آب‌شکن استفاده می­شود. اهمیت این سازه­ها در قوس خارجی رودخانه­ها ضرورت بیش­تری دارد، چراکه در این محدوده از رودخانه، جریان­های ثانویه ایجادشده و به‌تبع آن ساحل فرسایش پیدا می­کند. در این مقاله، الگوی جریان پیرامون مجموعه­ای از آب‌شکن‌های قائم در قوس ˚90 ملایم با استفاده از یک حل­گر سه‌بعدی RANS بررسی‌شده است. به­منظور شبیه­سازی رفتار پیچیده سطح آب و جریان آشفته به ترتیب از روش حجم سیال و مدل آشفتگی Realizable k-ɛ استفاده‌شده است. از دو طول آب‌شکن معادل 15 و 25% عرض کانال آزمایشگاهی، دو فاصله قرارگیری معادل 3 و 5 برابر طول آب‌شکن، در دو عمق 3 و cm 9 از بستر و در دبی l/s 25 در یک فلوم با قوس ملایم با عرض m 7/0 و عمق آب cm 12 موردبررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج با داده‌های آزمایشگاهی نشان‌دهنده تطابق قابل‌قبول بین آن‌ها است. همچنین نتایج نشان می­دهد که حضور آب‌شکن‌ها در قوس موجب تمایل حداکثر سرعت متوسط به سمت قوس داخلی در بخش ورودی قوس می­شود. سپس به سمت میانه کانال منحرف می­شود. افزایش طول آب‌شکن‌ها باعث افزایش سرعت می­شود ولی تأثیری در وقوع سرعت حداکثر ندارد طوری­که در تمامی آرایش قرارگیری آب‌شکن‌ها در زاویه 71-°81 رخ‌داده است. در مورد تنش برشی نیز حداکثر مقدار آن در زاویه °81-°71  است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Flow Pattern around the Vertical Spur Dikes in A 90-Degree Mild Bend with Computational Fluid Dynamics

نویسندگان [English]

  • Morteza Alborzi Moghadam 1
  • Morteza Bakhtiari 2
  • Ahmad Hajivand 2
1 M. Sc. Alumni, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran
2 Assist. Professor, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, Faculty of Marine Engineering, Khorramshahr University of Marine Science and Technology, Khorramshahr, Iran
چکیده [English]

In order to protect the bank and prevent their erosion spur dike is used. Importance of these structures in the bend is more, because of secondary flows and consequently bank erosion. In this paper the flow pattern around series of vertical spure dikes in the 90° bend is investigated by a 3D RANS solver. In order to simulate the complex behavior of free surface and turbulent flow the volume of fluid method and realizable k-ɛ closure have been used, respectively. Two lengths spure dike (equal to 15 and 25 percent of width), two spacing (3 and 5 three times the length) and two depths (3 and 5cm) in constant discharge 25 lit/s in the mild bend flume with width 0.7m and depth 0.12 m has been examined. Comparison among the results with experimental data shows good agreement among them. Also, the results illustrate spure dike deviations maximum velocity to the inner bank in entrance of bend and then deviations to the middle flume. Increasing the length of the spure dikes increases the velocity but it has no effect on the location of the maximum velocity as in all arrangement occurrence in 71 to 81 degree of bend. In the case of shear stress, the maximum value is in the range of 71 to 81˚.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3D RANS
  • 90˚ Mild Bend
  • Shear stress distribution
  • Spur Dike
  • Velocity Distribution
Abbasi S., Pourshahbaz H. and Taghvai, P. (2019). Investigation of bed morphological variation in channels with a group of parallel unequal spur dike in various orientations. Irrig. water Eng. J.,9(35), 38-48.
Ahli Y., Bakhtiari M. and Moore M. (2018). Numerical investigation velocity and shear stress in a 90 ̊ degree mild bend. Hydrophys. J., 4(2), 59-73.
Arman A., Fatahi P. and Zahiri J. (2017). Simulation of flow and sediment pattern with spurdikes series in a 90 degree mild bend using CCHE2D model. J. Water Soil Conserv., 24(3), 21-39 [In Persian].
Bakhtiari M., Kashefipour S., Ghomeshi M. and Zahiri J. (2012). Effect of geometric parameters of spur dike and depth-placed riprap on its failure threshold in a 90 flume bend. Ecol. Environ. Conserv., 4, 479-484.
CD Adapco, (2017). STAR CCM+ User's Guide Version 12.04.010.
Duan J. G., He L., Fu X. and Wang Q. (2009). Mean flow and turbulence around experimental spur dike. Adv. Water Resour., 32(12), 1717-1725.
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 bend. Int. J. Sediment Res., 24(2), 145-158.
Giglou A. N., Mccorquodale J. A. and Solari L. (2018). Numerical study on the effect of the spur dikes on sedimentation pattern. Ain Shams Eng. J., 9(4), 2057-2066.
Giri S., Shimizu Y. and Surajate B. (2004). Laboratory measurement and numerical simulation of flow and turbulence in a meandering-like flume with spurs. Flow Measure. Instrum., 15(5-6), 301-309.
Huang S. l., Jia Y. F., Hsun-Chuan C. and Sam S. (2009). Three-dimensional numerical modeling of secondary flows in a wide curved channel. J. Hydrodyn., Ser. B, 21(6), 758-766.
Ramamurthy A., Han S. and Biron P. (2013). Three-dimensional simulation parameters for 90 open channel bend flows. J. Comput. Civil Eng., 27(3), 282-291.
Roache P. J. (1997). Quantification of uncertainty in computational fluid dynamics. Annual Rev. Fluid Mechanic., 29(1), 123-160.
Shaker E., Kashefipour S. and Shafai Bajestan M. (2014). Experimental investigation on the influence of some unsteady flow parameters on bed scour under the pipeline crossing across the current experimental investigation on the influence of some unsteady flow parameters on bed scour under the pipeline crossing across the current. J. Water Soil Sci., 23(4), 83-98.
Vaghefi M., Shakerdargah M., Fiouz A. 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. Int. J. Eng. Res., 3(5), 351-355.
Yazdi J., Sarkardeh H., Azamathulla H. M. and Ghani A. A. (2010). 3D simulation of flow around a single spur dike with free-surface flow. Intl. J. River Basin Manage., 8(1), 55-62.
Zhang M. l. and Shen Y. M. (2008). Three-dimensional simulation of meandering river based on 3-D RNG k-ε turbulence model. J. Hydrodyn., 20(4), 448-455.