شبیه سازی آب‌شستگی و میدان جریان در اطراف تک شمع با استفاده از مدل عددی SSIIM

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان سمنان

چکیده

آب‌شستگی پیرامون پایه‌های پل که در معرض جریان قرار دارند اجتناب‌ناپذیر است. برآورد عمق آب‌شستگی و فهم الگوی جریان اطراف پایه می‌تواند کمک زیادی به طراحی ایمن پایه کند. در این مطالعه از مدل عددی SSIIM به‌عنوان یک مدل دینامیک محاسباتی سیالات (CFD) برای مدل‌سازی هم‌زمان جریان و رسوب در اطراف تک‌شمع در معرض جریان استفاده شد. از داده‌ها و نتایج آزمایشگاهی مربوط به تک‌شمع برای صحت‌سنجی این مدل استفاده شد. همچنین برای بررسی بهتر، نتایج محاسبات آب‌شستگی و الگوی جریان پیرامون پایه به‌صورت گرافیکی و عددی در زمان‌های گوناگون از آغاز شبیه‌سازی بررسی شد در این مدل معادلات سه‌بعدی ناویر- استوکس برای جریان به همراه مدل آشفتگی  حل و از خروجی‌های محاسبات جریان برای معادلات انتقال رسوب استفاده شد. مقایسه‌ی نتایج آب‌شستگی مدل SSIIM با نتایج آزمایشگاهی کارایی بهتر این مدل نسبت به برخی روابط تجربی موجود برای تخمین عمق آب‌شستگی حداکثر است. الگوی جریان مدل نیز جریانی رو به پایین در جلوی پایه و جریانی رو به بالا در پشت پایه را به‌خوبی نشان می‌دهد که مقدار جریان رو به پایین تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of scour and flow field around single pier using SSIIM

نویسندگان [English]

  • Amirreza Hamidi 1
  • Hamed Noori 2
  • Seyyed Aliasgar Hashemi 3
1 MSc, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 PhD Scholar, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Semnan, Semnan, Iran
3 Agriculture and Natural Resources Research and Education Center, Semnan, Iran
چکیده [English]

Estimation of scour depth and understanding the flow field around pier would help to design with safer factor. In this study, we used the numerical model SSIIM as a CFD model to simulate flow and scour pattern simultaneously around single pier. The model was verified using laboratory data including the results reported for single pier. In this model, we considered the  as a turbulence model to solve the 3D Navier-Stokes flow equations and used their outputs as inputs of sediment transition equations. Comparison between scour calculations of SSIIM model and experimental terms showed that the model has appropriate deviation value for estimating the maximum scour depth around single pier. Numerical and graphics discussions of scour pattern and flow field have been done in various simulation time for pier. Graphical results showed that the down flow at front of pier and upward flow at the rear of pier. In addition, the maximum down flow was simulated with high accuracy in compare with experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • Pier
  • Scour Hole
  • Sedimentation
  • SSIIM Model

Baareh A., Sheat A. F. and AL-Khanifes K. (2006).  Forecasting sedimet load in river flow in the USA: A comparison between Auto-Regression and neural network Non-parametric models. J. Comput. Sci., 2(10), 775-780.

 

Beheshti A. and Ashtiani A. (2008). Numerical simulation of scour and flow field around pier group, 4th Civil Conference, Univercity of Tehran, Tehran. Iran [In Persian]

 

Breusers H., Nicollet G. and Shen H. (1977). Local scour around cylindrical piers. J. Hydraul. Res., 15(3), 211–252.

 

Dargahi B. (1990). Controlling mechanism of local scouring. J. Hydraul. Eng., 116(10), 1197-1214.

 

Dey S. and Raikar R. (2007). Characteristics of horseshoe vortex in developing scour holes at piers. J. Hydraul. Eng., 133(4), 399-413.

 

Hajebi F. and Meftah-Helghi M. (2014). 3D simulation of scouring around pier within a long contraction with applying numerical model SSIIM. J. Water Soil Conserv., 21(5), 241-256 [In persian].

 

Mahjoob B., Mohammadnezhad B. and Behmanesh J. (2014). Numerical modeling of local scouring around group bridge piers and compared with experimental results. J. Water Soil, 28(2), 267-275 [In Persian].

 

Melville B.W. and Chiew Y. M. (1999). Time scale for local scour at bridge piers. J. Hydraul. Eng., 125(1), 59-65.

 

Melville B.W. and Raudkivi A. J. (1977). Flow characteristics in local scour at bridge piers. J. Hydraul. Res., 5(1), 373-380.

 

Melville B.W. and Sutherlands A. J. (1988). Design method for local scour at bridge piers. J. Hydraul. Eng., 114(10), 1210-1226.

 

Mia F. Nago H. (2003). Design method of time dependent local scour at circular bridge pier. J. Hydrul. Eng., 129(6), 212-224.

 

NajiAbhari M. Ghodsian M. and Vaghefi M. (2009). Experimental and numerical flow pattern around the breakwater at a 90 degree bend. 8th Civil Conference in Iran, Shiraz University. [In Persian]

 

Norouzi H. Salehi S.A. Nasiri F. and Azarderakhsh M. (2009). Three dimensional numerical simulation of scoring around piers.  J. Modares Eng. Technol., 36, 13-23 [In Persian].

 

Olsen N.R.B. (1999). Computational fluid dynamics in hydraulic and sedimentation engineering, Department of Hydraulic and Environmental Engineering, The Norwegian University of Science and Technology.

 

Olsen N.R.B. and Melaaen C. (1993). Three-dimensional calculation of scour around cylinders. J. Hydraul. Eng., 119(9), 1048-1054.

 

Richardson E. and Davis S. R. (2001). Evaluating scour at bridges (4th ed.). Federal Highway Administration Hydraulic Engineering Circular, No18, FHWA NHI 01-001.

 

Sadeghian A., Hadian M. and Zarrati A. (2012). Using of SSIIM application in simulation the scour hole. 11th Hydrolic Conference in Iran, Urmia Uuniversity, Urmia, Iran [In Persian].

 

Salaheldin T. M., Imran J. and Chaudhry M.H. (2004). Numerical modeling of three-dimensional flow field around circular piers. J. Hydraul. Eng., 130(2), 91-100.

 

Vaghefi M., Safarpoor Y. and Hashemi S. (2015). Determining the amount of scour and three-dimensional velocity components around the T-shape spur dike in channel bend using numerical method and experimental data. J. Irrigat. Water Eng., 19, 109-123 [In Persian]

 

Van Rijn L. C. (1987). Mathematical modelling of morphological processes in the case of suspended sediment transport. PhD Thesis, Hydraulic and Geotechnic Engineering Departement, Delft University of Technology, Delft.