شبیه سازی توپوگرافی بستر و میدان جریان در اطراف موانع دو ردیفه و توری‌سنگی در کانال مستقیم با استفاده از Flow-3D

نوع مقاله: مقاله اصلی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشکاه قم، قم، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

چکیده

فرسایش بستر و سواحل رودخانه و انتقال رسوب یکی از دلایل تغییرات ریخت ­شناسی رودخانه ­ای است که باعث تغییرات کیفی و کمی جریان می ­شود. آبشکن‌ها از جمله سازه‌های ساماندهی رودخانه‌ها می‌باشند که از ساحل به­ سمت محور رودخانه امتداد می‌یابند. از جمله مسائل مهم در طراحی آن‌ها، پدیده آبشستگی موضعی در دماغه آن‌ است که در اثر تغییر در الگوی جریان و وجود گردابه‌های قوی ایجاد می‌شود. در سال‌های اخیر، اکثر تحقیقات انجام شده بر روی آبشکن­های باز تک ردیفه و بسته استوار بوده و اغلب به‌صورت آزمایشگاهی انجام شده است. در این پژوهش، آبشستگی و الگوی جریان سه‌بعدی در اطراف آبشکن­های باز دو ردیفه با دو آرایش زیگزاگی و در امتداد هم و آبشکن توری‌سنگی با مدل عددی Flow-3D و استفاده از مدل آشفتگی RNG شبیه‌سازی شده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. همچنین تأثیر پارامترهایی همچون درصد بازشدگی و فاصله محور به محور ردیف‌های موانع باز دو ردیفه بر آبشستگی و الگوی جریان بررسی شد. نتایج نشان داد که نرم­ افزار Flow-3D، توانایی خوبی در به­دست آوردن نتایج در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارد؛ اگر چه این موضوع به‌شدت وابسته به نحوه مش­بندی دقیق، استفاده از یک CPU قوی و همچنین درجه­بندی دقیق مدل است. ‌به طوری­که حداکثر عمق آبشستگی را با خطای کمتر از 10 درصد نسبت به نتایج آزمایشگاهی برآورد نمود. همچنین نتایج نشان داد که با کاهش فاصله محور به محور آبشکن­های باز دو ردیفه، توانایی و دقت مدل‌ عددی در برآورد مقدار حداکثر عمق آبشستگی کاهش می ­یابد. در نهایت با مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی در پروفیل‌های سرعت طول، مشخص شد که انطباق نسبتاً مناسبی بین این نتایج وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Bed Topography and Flow Field around Double Rows-Barriers and Gabion Groin in the Direct Channel using Flow-3D

نویسندگان [English]

  • Sahar Ansary 1
  • Emad Kahrizi 2
  • Majid Fazli 3
1 M.Sc., Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
2 PhD Scholar, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Qom University, Qom, Iran
3 Assist. Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
چکیده [English]

The erosion of bed and river banks and sediment transport is one of the reasons for migration and changes in river morphology, which causes changes in the quality and quantity of flow. Groins are among the rivers' structures that extend from the coast to the river's axis. One of the important issues in their design is the localized scouring phenomenon on the nose, which appears due to changes in the pattern of flow and the presence of strong vortices. In recent years, most of the research on single-row open and closed open spray guns has been carried out and has been performed in a laboratory. Therefore, in this research, scouring and three-dimensional flow patterns were simulated near the open two-row openings with two zigzag and parallel formations with Flow-3D model and using the RNG turbulence model and compared with experimental results. The results showed that the scour area and the dimensions obtained from numerical simulation as well as flow patterns are in good agreement with experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scouring
  • Groin
  • Gabion
  • Flow-3D
  • RNG

Amini A. and Asadi Parto A. (2017). 3D numerical simulation of flow field around twin piles. Acta Geophys., 65(6), 1243-1251.

 

Amini A., Mohd T., Ghazali H., Huat B. and Aziz A. (2010). A local scour prediction method for pile cap in complex piers. ICE-Water Manag., 164(2), 73–80.

 

Asadi M., Zommorodian M. A. (2016). Numerical simulation of the turbulent flow pattern and local scouring of the bed around a vertical and angled groin with a Flow-3D numerical model. J. Irrig. Sci. Eng., 39(2), 168-179 [In Persian].

 

Acharya A. and Jennifer G. (2013). Three dimensional simulation of flow field around series of spur dikes. Int. Ref. J. Eng. Sci., 2(7), 36-57.

 

Badpa Z. (2016). Experimental study of the flow pattern on scouring due to the presence of gabion on the flow of the straight channel with moving bed. Master's Thesis, University of Bu-Ali Sina, Hamedan, Iran. 180 pp. [In Persian].

 

Duan J., He L., Wang G. and Fu X. (2009). Mean flow and turbulence around experimental spur dike. J. Adv. Water Resour., 32(1), 1717–1725.

 

Goudon L., Lan L. and Jian N. (2013). 3D numerical simulation of flow and local scour around a spur dike. Proc. 2013, IAHR world congress.

 

Hossein R. Fazloula R. Saneie M, Amini, A. (2017). Bagged neural network for estimating the scour depth around pile groups. Int. J. River Basin Manag., 16(4), 401-412.

 

Nasrolahi A. (2001). Investigation of the effect of opening percentage on scouring around open groins. Master's thesis, University of Tarbiat Modarres, Tehran, Iran. [In Persian].

 

Noroozi H. R., Salehi Neishaboori A., Nasiri Saleh F. and Azar Derakhsh M. (2009). Three-dimensional

Numerical simulation of scouring around a spill. J. Modares Technical., 36(1), 13-22.

 

Pazin S. (2016). Laboratory comparison of the effect of two-row zigzag groins along with the

flow pattern and topography of the bed in the direct channel with moving bed. Master's Thesis, University of Bu-Ali Sina, Hamedan, Iran. 195 pp. [In Persian].

 

Pour Shahbaz H. and Abbasi S. (2017). A review of studies on bed scouring around the groin

series. First Int. Conf. Water, Environ. Sustain. Develop., Ardebil, Iran [In Persian].

 

Saadat jou M. (2013). Investigation of scouring around bridge piers for the effect of tidal flow-Case study of Persian Gulf bridge. Master's Thesis, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran. [In Persian].

 

Smith H. (2007). Flow and sediment dynamics around three-dimensional structures in coastal environments. PhD Thesis, University of Ohio State, Ohio, United State.