بررسی تاثیر استغراق آبشکن بر پارامترهای آشفتگی در اطراف آبشکن مستقر در قوس ᵒ90

نویسندگان
1 هیات علمی- دانشگاه خوارزمی
2 هیات علمی- دانشگاه تربیت مدرس
3 دانش آموخته دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در تحقیق حاضر میدان جریان اطراف آبشکن T شکل مستقر در قوس ᵒ90 با مطالعۀ پارامترهای آماری بررسی شد. برای این منظور از دو آبشکن با درصد استغراق %5 و %50 استفاده شد. آبشکنها در زاویه ᵒ45 نسبت به ابتدای قوس قرار گرفتند و آزمایشات در شرایط کف صلب (بدون حرکت رسوبات) انجام شد. در این تحقیق میدان جریان اطراف آبشکن مستغرق بررسی و احتمال ایجاد پدیده‌های چهارگانۀ آشفتگی، زاویه های اعمال پدیده‌ها، تبدیل پدیده‌های آشفتگی به یکدیگر و تنشهای رینولدز در جهتهای طولی و عرضی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان دهندۀ تشکیل دو جریان ثانویه در امتداد عرض کانال می‌باشد که بر مکانیزم انتقال رسوب بسمت ساحل داخلی و آبشستگی ایجاد شده در ترازهای بالایی جریان درساحل خارجی تاثیر گذار می‌باشد. در نزدیک نوک بالادست آبشکن تنشهای رینولدز برشی بزرگتری در آبشکن با %5 استغراق مشاهده شد که نشان دهنده قدرت بیشتر گردابه نعل اسبی در این ناحیه بدلیل جریان روبه پایین قوی تر در این ناحیه می‌باشد. توسعه حفره آبشستگی بسمت پایین دست در امتداد لایه برشی می تواند بدلیل احتمال بیشتر پدیده های آشفتگی بیرون‌رانی و جاروبی، ناپایداری بیشتر پدیده‌های اندرکنشی، کاهش زاویه های اعمال پدیده‌های بیرون‌رانی و جاروبی و افزایش تنشهای رینولدز برشی در این ناحیه باشد. تنشهای رینولدز برشی نیز در نزدیک کف در لایه برشی اطراف آبشکن با %5 استغراق بیشتر از آبشکن با %50 استغراق می‌باشد و عامل توسعه بیشتر حفره آبشستگی بسمت پایین‌دست در آبشکن با درصد استغراق کمتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Experimental study of submergence effect on turbulent parameter around spur dike located in a 90 bend

نویسنده English

mojtaba mehraein 2
چکیده English

abstract In this research the statistical parameter of the flow around T shaped spur dike located in a 90 bend was investigated. the experiments were conducted in a 90 bend at tarbiat modares university. the velocity was measured using ADV apparatuse. the frequency of the ADV set to 50 HZ this frequency was used by many previouse researchers. Two different submerged spur dike with submergence ratio equal to 5% and 50% were used. The submergence ratio is the ratio of the flow depth on crest of the spur dike to spure dike height. The spur dikes were located in 45 degree respect to the beginning of the bend and the experiments were done in freeze bed condition. The flow around the spur dike were investigated using parameters such as: Probability of the events (the ratio of the number of the events to the total of the events during the velocity measurment), variation of the events during the velocity measurments, shear Reynolds stresses in streamwise and lateral direction and angle of the events (the ratio of the vertical velocity fluctuation to the streamwise velocity fluctuation). The results showed that two secondary flow formed in lateral direction of the channel and the secondary flow affect on the upstream of the bend. These flow affect on sediment transport mechanism in lateral direction. In the upstream toe of the spur dike the Reynolds stresses in 5% submergence spur dike is greater compared to the 50% submergence spur dike since stronger horse shoe vortex due to the stronger downflow. The scour hole propagation along the shear layer in longitudinal direction may be due to the increasing the probability of the sweep and ejection events and variation of the interaction events, decreasing the angle of the events and increasing the Reynolds stresses. The Reynolds stresses along the shear layers located in 5% spur dike is greater that the 50% spure dike and larger scour process may be expected in this region. the stability of the events are more pronounced compared to the instability of the events. the angle of the sweep and ejection were minimum near the bed surface and maximum in the middle of the flow depth. Two different zone with maximum angle of sweep and ejection were observed that showed the fluid parcels deviate to the downstream recirculating zone. The angle of the events has different value near the over topping flow that passed from the crest of the spur dike. the flow measurments and analysis of the statistical parameters confirmes the previous researchers conclusions about larger scour hole around the spur dikes with lesser submergence. This may related to the difference of the flow structures around the submerged sour dikes especially near the upstram toe of the spur dike and sround the shear layer.

کلیدواژه‌ها English

Submerged spur dike
Turbulent flow
statistical parameter
four quadrant events
[1] Fazli, M, Ghodsian, M Salehi Neyshaboury, S, A, A. “Scour and flow field around a spur dike in a 90° bend” Int. J. Sediment Res. 23(1), 56-68.
[2] Vaghefi, M., Ghodsian, M., and Neyshabouri, S. (2012). “Experimental Study on Scour around a T-Shaped Spur Dike in a Channel Bend.” J. Hydraul. Eng. 138(5), 471–474.
[3] Coleman, S. E., Lauchlan, C. S. and Melville, B. W. (2003). “Clear-water scour development at bridge abutments.” J.  Hydraulic Res., 41(5), 521-532.
[4] Kuhnle, R.A., Alonso, C.V. Shields, F.D. (1999). “Geometry of scour holes associated with 90o spur dikes.” J. Hydraulic Eng. 125(9), 972-978.
[5] Elawady, E., Mansanori, M. (2000). “Experimental study of flow behavior around submerged spur-dike on rigid bed.” Annual J. Hydraulic Eng. 44, 539-544.
[6] Vaghefi, M., Ghodsian, M. and Salehi Neyshaboori, S.A.A. (2009). “Experimental study on the effect of a T-shaped spur dike length on scour in a 90° channel bend.” Arab. J. Sci. Eng. 34(2), 337-348.
 [7] Duan, J. G., He, L., Wang, G. Q. and Fu, X. D. (2009). “Mean flow and turbulence around experimental spur dike.” Adv.  Water Resour. 32(12), 1717–1725.
[8]خسروی مشیزی، مجتبی. (1390). "بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن T شکل مستغرق در قوس90درجه" پایان نامه  کارشناسی ارشد داشنگاه تربیت مدرس.
[9] Duan, J. G., He, L., Wang, G. Q. and Fu, X. D. (2011). “Turbulent burst around experimental spur dike.” Int. J. Sediment Res. 26(4), 471-486.
[10] Elawady, E., Mansanori, M. (2001). “Movable bed scour around submerged spur-dikes.” Ann. J. Hydraulic Eng. 45, 373-378.
[11]نوربخش، ماجد. (1390). "بررسی میدان جریان اطراف آبشکن تیغه ای مستغرق اطراف آبشکن مستغرق." پایان نامه  کارشناسی ارشد داشنگاه تربیت مدرس.
[12] Kuhnle, R.A., Jia, Y. and Alonso, C.V. (2008). “Measured and simulated flow near a submerged spur dike.” J. Hydraulic Eng. 134(7), 916–924.
[13] Nezu, I., Nakagawa, H. (1993). “Turbulent in open-channel flow.” IAHR Monograph Series, Balkema, Rotterdam, The Netherlands. Taylor and Francis.
 
[14] Cuthbertson A. J. S. and Ervine D. A. (2005). “Experimental study of fine particle settling in turbulent open channel flows over rough porous beds.” J. Hydraulic Eng., 133(8), 905–916.
[15] Thorne P. D., Williams J. J., and Heathershaw A. D. (1989). "In situ acoustic measurements of marine gravel threshold and transport." Sedimentology, 36(1), 61–74.
[16] Bridge J. S. and Bennett S. J. (1992). “A model for entrainment and transport of sediment grains of mixed sizes, shapes and densities.” Water Resour Res., 28( 2), 337–63.
[17] Nelson, J.M., Shreve, R.L., Mclean, S.R. and Drake, T.G. (1995). “Role of near-bed turbulence structure in bed load transport and bed form mechanics.” Water Resour Res. 31( 8), 2071–2086.
[18] Kaftori D., Hestroni G., and Banerjee S. (1998). “The effect of particles on wall turbulence.” Int J Multi Flow. 24(3), 359–386.
[19] Papanicolaou A. N., Diplas P., Dancy C. L., and Balakrishnan M. 2001, “Surface roughness effects in near-bed turbulence: Implication to sediment entrainment.” J Eng Mech, 127( 3), 211–218.
[20] Dey S. and Barbhuiya A. K. (2006). “Velocity and turbulent in a scour hole at a vertical-wall abutment.” Flow. Meas Instrum. 17, 13–21.