نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

یکی از مسائل مهم در مهندسی هیدرولیک کاهش میزان فرسایش در رودخانه‌ها با استفاده از آب‌شکن‌‌ها به‌منظور حفظ خاک است. هدف از پژوهش حاضر بررسی عددی تأثیر وجود آب‌شکن بر پارامترهای رسوبی جریان با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D است. بدین منظور آب‌شکن‌ها در زوایای °30، °60 و °90، تحت 10 سناریوی مختلف در دبی‌ و شرایط هیدرولیکی متفاوت ممکن مورد بررسی قرار گرفت. در پژوهش حاضر شبکه‌بندی با ابعاد mm 5 به‌عنوان شبکه بهینه برای شبیه‌سازی مدل‌ها انتخاب شد. همچنین مدل آشفتگی LES (شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ) برای شبیه‌سازی‌ها مورد استفاده قرار گرفت. در سناریوهایی که از دو عدد تیغه استفاده ‌شده است، در تیغه اول آبشستگی مشاهده می‌گردد درحالی‌که در آب‌شکن بعد از آب‌شکن اول در جهت جریان، پدیده رسوب‌گذاری رؤیت شد. به‌طوری‌که در سناریوی دو تیغه‌ای با فاصله m 60/0 از هم، mm 48 فرسایش رخ‌ داد. بیشترین میزان آبشستگی مربوط به آب‌شکن با حالت قوسی (LLeft-Q285) به‌میزان mm 45 است. تغییرات دبی در میزان آبشستگی تأثیر بالایی دارد. به‌طوری‌که با مقایسه سناریوهای با یک آب‌شکن (I-Q285، I-Q200 و I-Q350) کم‌ترین میزان آن با مقدار mm 5/5 مربوط به I-Q200 است. بررسی نتایج نشان داد که کم‌ترین میزان فرسایش در آب‌شکن‌های زاویه‌دار مربوط به سناریو با زاویه کم‌تر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Performance of Blade Groynes on Scouring and its Effect on Hydraulic Parameters of Sediment and Flow

نویسندگان [English]

  • Kiyoumars Roushangar 1
  • Sepehr Goodarzi 2
  • Hamidreza Abbaszadeh 3

1 Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran

2 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran

3 Ph.D. Scholar, Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran

چکیده [English]

One of the significant issues in hydraulic engineering is reducing erosion in rivers by using groynes to preserve soil. The purpose of this study is to investigate numerically the groynes' presence on the sedimentary flow parameters using FLOW-3D software. For this purpose, groynes were examined at angles 30°, 60°, and 90° under 10 scenarios in various discharge and hydraulic conditions. Here, the mesh block with dimensions of 5 mm was chosen as the optimal mesh block for simulating models. In addition, Large Eddy Simulation (LES) turbulence model was used for simulations. In the scenarios where two blades are used scouring is observed in the first blade, while the sedimentation phenomenon was observed in the groyne after the first groyne in the direction of the flow. In the two blades with a distance of 0.60 m from each other, 48 mm erosion occurred. The highest amount of scour is related to the arched groyne (LLeft-Q285) with 45 mm. Discharges have an increased effect on scouring, so by comparing the scenarios with one groyne (I-Q285, I-Q200, and I-Q350), the lowest amount is with the value of 5.5mm corresponding to I-Q200. The insufficient erosion in the angled groynes corresponds to the smaller angle scenario.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Erosion
  • Groyne
  • Sedimentation
  • Scouring
  • VOF
Abbasi, S., Kamanbedast, A., & Ahadian, J. (2011). Numerical investigation of angle and geometric of l-shape groin on the flow and erosion regime at river bends. World Appl. Sci. J., 15(2), 279-284.
Abbasi, S., Poorshahbaz, H., & Taghvai, P. (2018). Numerical investigation of flow pattern, erosion and sedimentation around parallel unequal spur dikes under different geometric and hydraulic condition: numerical analysis. J. Hydraul., 13(3), 17-29. DOI: 10.30482/jhyd.2018.81354 [In Persian].
Abbaszadeh, H., Norouzi, R., Sume, V., Kuriqi, A., Daneshfaraz, R., & Abraham, J. (2023). Sill role effect on the flow characteristics (experimental and regression model analytical). Fluid., 8(8), 235.‏ DOI: 10.3390/fluids8080235
Alasadi, L. A. R., Khlif, T. H., & Hassan, F. A. (2023). Experimental investigation for the local scour around V-shaped spur-dikes. Sci. Rev. Eng. Environ. Sci., 32(1), 69–86. DOI: 10.22630/srees.4506
Amini, A., & Asadi Parto, A. (2017). 3D numerical simulation of flow field around twin piles. Acta Geophys., 65(6), 1243-1251. 10.1007/s11600-017-0094-x
Ansary, S., Kahrizi, E., & Fazli, M. (2019). Numerical simulation of bed topography and flow field around double rows-barriers and gabion groin in the direct channel using Flow-3D. Environ. Water Eng., 5(1), 58-70. DOI: 10.22034/jewe.2019.160925.1299 [In Persian].
Daneshfaraz, R., Abbaszadeh, H., Gorbanvatan, P., & Abdi, M. (2021). Application of sluice gate in different positions and its effect on hydraulic parameters in free-flow conditions. J. Hydraul. Struct., 7(3), 72-87. DOI: 10.22055/jhs.2022.39208.1196
Daneshfaraz, R., Norouzi, R., Abbaszadeh, H., Kuriqi, A., & Di Francesco, S. (2022). Influence of sill on the hydraulic regime in sluice gates: an experimental and numerical analysis. Fluid., 7(7), 244. 10.3390/fluids7070244
Daneshfaraz, R., Norouzi, R., Ebadzadeh, P., & Kuriqi, A. (2023). Influence of sill integration in labyrinth sluice gate hydraulic performance. Innov. Infrastruct. Solution., 8(4), 118.‏ DOI: 10.1007/s41062-023-01083-z
Ghaderi, A., Daneshfaraz, R., Dasineh, M., & Di Francesco, S. (2020). Energy dissipation and hydraulics of flow over trapezoidal–triangular labyrinth weirs. Water, 12(7), 1992. 10.3390/w12071992
Giglou, A. N., Mccorquodale, J. A., & Solari, L. (2018). Numerical study on the effect of the spur dikes on sedimentation pattern. Ain Shams Eng. J., 9(4), 2057-2066. 10.1016/j.asej.2017.02.007
Hassanzadeh, Y., & Abbaszadeh, H. (2023). Investigating discharge coefficient of slide gate-sill combination using expert soft computing models. J. Hydraul. Struct., 9(1), 63-80. DOI: 10.22055/jhs.2023.43683.1251
Hosseini, R., Fazloula, R., Saneie, M., & Amini, A. (2018). Bagged neural network for estimating the scour depth around pile groups. Int. J. River Basin Manage., 16(4), 401-412. DOI: 10.1080/15715124.2017.1372449
Kirkil, G., Constantinescu, G., & Ettema, R. (2009). Detached eddy simulation investigation of turbulence at a circular pier with scour hole. J. Hydraul. Eng., 135, 888–901. DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000101
Man, C., Zhang, G., Hong, V., Zhou, S., & Feng, Y. (2019) Assessment of turbulence models on bridge-pier scour using Flow-3D. World J. Eng. Technol., 7(2), 241-255. DOI: 10.4236/wjet.2019.72016
McCoy, A., Constantinescu, G., & Weber, L. J. (2008). Numerical investigation of flow hydrodynamics in a channel with a series of groynes. J. Hydraul. Eng., 134(2), 157–172. 10.1061/(ASCE)0733-9429(2008)134:2(157)
Nayyer, S., Farzin, S., Karami, H., & Rostami, M. (2018). Experimental study on the effect of spur dike’s different shapes and on time variation of scour depth around them. Irrig. Drain. Struct. Eng. Res., 19(72), 33-50. 10.22092/idser.2017.114741.1238 [In Persian].
Nayyer, S., Farzin, S., Karami, H., & Rostami, M. (2019). A numerical and experimental investigation of the effects of combination of spur dikes in series on a flow field. J. Braz. Soc. Mech. Sci. Eng., 41, 256. DOI: 10.1007/s40430-019-1757-0
Norouzi, R., Ebadzadeh, P., Sume, V., & Daneshfaraz, R. (2023). Upstream vortices of a sluice gate: An experimental and numerical study. AQUA—Water Infrastruct., Ecosyst. Soc., 72(10), 1906-1919.‏ DOI: 10.2166/aqua.2023.269
 Othman Ahmed, K., Amini, A., Bahrami, J., Kavianpour, M. R., & Hawez, D. M. (2021). Numerical modeling of depth and location of scour at culvert outlets under unsteady flow conditions. J. Pipeline Syst. Eng. Practice, 12(4), 04021040. DOI:  10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000578
Pourshahbaz, H., Abbasi, S., Pandey, M., Pu, J. H., Taghvaei, P., & Tofangdar, N. (2022). Morphology and hydrodynamics numerical simulation around groynes. ISH J. Hydraul. Eng., 28(1), 53-61. DOI:  10.1080/09715010.2020.1830000
Yazdi, J., Sarkardeh, H., Azamathulla, H. Md., & Ghani, A. A. (2010). 3D simulation of flow around a single spur dike with free-surface flow. Int. J. River Basin Manage., 8(1), 55-62. DOI:  10.1080/15715121003715107