شبیه‌سازی و بررسی اثر عوامل مؤثر بر حرکت تصادفی ذرات رسوب بار بستر در جریان ماندگار

نویسندگان
1 تربیت مدرس
2 دانشگاه اصفهان
چکیده
بررسی انتقال رسوب در مقیاس حرکت ذرات باعث شناخت بهتر پدیده‌ی انتقال رسوب و تعیین نرخ آن در محیط‌های رودخانه و دریا می‌شود. ذرات رسوب به‌طور معمول به دو صورت بار معلق و بار بستر تحت تأثیر جریان و یا امواج، منتقل می‌شوند. بار بستر به‌صورت‌های لغزش، غلتش و پرش انتقال پیدا می‌کند که در میان آن‌ها پرش غالب است. در فرایند پرش عوامل متعددی تأثیرگذارند، اما به دلیل روشن نبودن کامل این عوامل، پدیده‌ی پرش ذره تاحدی تصادفی درنظرگرفته می‌شود. از جمله‌ی این عوامل می‌توان به اثر شکل ذره، محل قرارگیری آن و آشفتگی جریان اشاره نمود. در این مقاله میزان پرش ذرات و سرعت متوسط آن‌ها و تأثیر عوامل یاد شده بر آن در جریان ماندگار با استفاده از مدل ریاضی بررسی می‌شود. از عواملی که به‌طور ویژه توجه شده، تأثیر شکل ذرات و محل قرارگیری آن بر طول و سرعت پرش ذره است. هم‌چنین یک رابطه‌ی منطقی بین سرعت و زاویه اولیه‌ی پرش و محل قرارگیری آن در بستر برقرار شده است. ازنتایج مطالعات حاضر، در شناخت و تخمین دقیق‌تر رفتار و نرخ رسوب بستر استفاده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Modeling the Saltation and Evaluating the Parameters Affecting the Random Movement of Sediment Particles in Bed Load Transport Under Steady Flow

نویسندگان English

S. Kaboorani 1
, A. Shanehsazzadeh 2
1 TarbiatModares University
2 University of Isfahan
چکیده English

Study on the physics of sediment particle movement at grain scale is essential for better understanding sediment transport phenomenon and estimating the rate of sediment transport in rivers and marine environment. Sediment particles basically transport in two modes of bed and suspended load. Bed load takes place through sliding, rolling and saltation, from which the latter is dominant. Many parameters influence on saltation phenomenon, which their effects are not fully understood. These influencing parameters make the saltation a stochastic phenomenon. In the present article the influence of the affecting parameters on movement of sediment particles at saltation mode of transport under unidirectional steady flow are investigated. A numerical model is developed to simulate the particle motion in bed load saltation with considering the main contributor forces. Then the influencing parameters that effect on the jump length and average velocity of the particles are studied. Among them are the initial condition, the particle position between other particles and the shape of particles. The influence of the velocity profile on the jump length and average velocity of the particles are also studied. In summary, the change in the initial condition including the initial velocity and angle produces less than 10% variation on the particle jump length and velocity. On the other hand the position of the grain between the other particles is considerably influential with 40% change in the jump length and average velocity. The particle shape is most important parameter in term of the influence on the jump length and average velocity; there is a 50% difference between the jump length of spherical particles and flake-shape particles, for average velocity it is about 10%. The result of the study improves our understanding of particle motion at grain scale and ultimately results in the better estimation of sediment transport rate.

کلیدواژه‌ها English

sediment transport
bed load
steady flow
saltation
Numerical Modeling
[1]  Tang, L., Wang, X., “Experimental study on three dimensional movements of particles I-Effects of particle diameter on velocity and concentration distributions”, International Journal of Sediment Research 24, 159-168, 2009.
[2]  Kostaschuk, R., Best, J., Villard, P., Peakall, J., Franklin, M. “Measuring flow velocity and sediment transport with an acoustic doppler current profiler”, Geomorphology 68, 25–37, 2005.
[3]  Hu, C., Hui, Y., “Bed Load Transport. I: Mechanical Characteristics” J. Hydr. Eng. ASCE 122(5) , 245-254, 1996.
[4]  VanRijn, L. C. “Sediment Transport Part I :Bed load Transport” J. Hydr. Eng. ASCE110(10) 1431-1456, 1984.
[5]  Lee, H. Y. and Hsu,I. S. “Investigation of saltation particle motions “ J. Hydr. Eng. ASCE 120(7) , 831-845, 1994.
[6]  Swamee , C.,Ojha, S. “Drag Coefficient and Fall Velocity of Nonspherical Particles” J. Hydr. Eng. ASCE 117(5) , 660-666, 1991.
[7]  Dey, S., “SedimentTreshold” Applied Mathematical Modeling 23399-417, 1999.
 [8]  Lee, H.Y. and Chen, Y.H. and You, J.Y. and Lin,Y.T. “Investigation of Continuos Bed Load Saltating Process” J.Hydr. Eng. ASCE 126(9) , 691-700, 2001.
[9]      Wiberg, P.L.,and Smith, J. D. ”A theoretical model for saltating grains in water.” J. Geophysical Res., 90(4), 7341-7354, 1985.
[10]  Shanehsazzadeh A., Holmes P., “An Introduction to Event-Based Model for the Study of Sediment Transport in the Swash Zone”, 32th Inter. Conf. on Coastal Eng. ASCE, Shanghai, China, http://journals.tdl. org/ ICCE/ article/view/1087/pdf_185, 2010.
[11] کبورانی، سعید، « بررسی حرکات ذرات رسوب در جریان‌های غیرماندگار»، 1390 پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت مدرس
[12]  Murphy, P.J., and H. Hooshiari, “Saltation in water dynamics”, J. Hyd. Div. Am. Soc. Civ. Eng., 108(HY11),1251-1267, 1982.
[13]  Lee, H. Y., Chen Y. H., You, J. Y. Lin, Y. T. “Investigations of continuous bed load saltating process” J. Hyd. Eng., ASCE, Vol. 126, No. 9, pp691-700, 2000.
[14]  Shi, F., Huang, N. “Measurement and simulation of sand saltation movement under fluctuating wind in a natural field environment”, Physica A 391. 474–484, (2012)