بررسی اثرات تغییر دبی و تغییر عرض ناحیه سیلاب‌دشت بر جریان عرضی در کانال‌های مرکب مستطیلی منشوری

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا همدان

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

رفتار هیدرولیکی کانال­های مرکب به دلیل اندرکنش بین کانال اصلی و سیلابروها نسبت به کانال­های ساده پیچیده­تر می­باشد. با توجه به تفاوت عمق جریان و تفاوت جنس در کانال اصلی و سیلابرو، تفاوت قابل ملاحظه­ای در سرعت در راستای اصلی جریان بین آن­ها وجود دارد. این اختلاف سرعت سبب تبادل ممنتوم و تشکیل جریان عرضی در کانال مرکب می­گردد. از آن­جا که عرض سیلاب‌دشت در کانال مرکب می­تواند بر ابعاد و گسترش ناحیه کم سرعت اثرگذار باشد، بنابر این تغییرات عرض می­تواند بر الگوی جریان در کانال مرکب تأثیر گذارد. جریان عرضی برخی از پارامترهای مؤثر بر الگوی جریان در این کانال­ها را تغییر می­دهد که می­توان به معیارهایی همچون قدرت جریان عرضی و قدرت گردابه­های ایجاد شده در اثر جریان عرضی اشاره نمود. در این تحقیق ابتدا الگوی جریان در کانال­های مرکب منشوری شبیه­سازی عددی گردیده و ضمن مقایسه نتایج شبیه­سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی بهترین شرایط شبیه­سازی و نیز مدل آشفتگی مناسب پیشنهاد می­گردد. در ادامه با تغییر عرض ناحیه سیلاب‌دشت الگوی جریان در کانال مرکب پپیش­بینی گردیده و تغییرات قدرت جریان عرضی و قدرت گردابه­های ناشی از جریان عرضی در ناحیه اتصال کانال اصلی به سیلاب‌دشت نسبت به تغییر عرض ناحیه سیلاب‌دشت بررسی می­گردد. همچنین با ثابت نگه داشتن ابعاد هندسی کانال مرکب و تغییر در دبی جریان، به بررسی اثر تغییرات دبی بر این پارامترهای الگوی جریان پرداخته خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of Changing the Width of Flood Plains and Discharges on Secondary Flow in Prismatic Compound Channel

نویسندگان [English]

  • Majid Fazli 1
  • Mohammad Ali Kaviani 2
1 Faculty of Engineering, University of Buali sina, Hamedan
2 mohamadali.kaviani@gmail.com
چکیده [English]

     Velocity in a main channel is much higher than the floodplain in compound channels. This leads to the transfer of momentum between the main channel water and that of the floodplain. The relative “pull” and “drag” of the flow between faster and slower moving sections of a compound channel, complicates the momentum transfer between them. This momentum transfer also causes a secondary flow in compound channels. Considerable research on physical models for the behavior of the compound channels with different widths of the main channel and floodplain have been done by Shiono and Knight [1], and Myers and Lines [2]. These researches help to understand the complex pattern of flow and boundary shear stress that has a significant role in momentum transfer between main channel and floodplain. Extensive studies have been for combination parameters of flow field in curved channels with compound channels as well as done in a sinusoidal compound channels.Toebs andsooky Studies in this direction can be pointed out [3]. In addition to compound channel, another locations that the secondary flow has an important effect on behavior of flow filed are in the channels and rivers bends. Some of flow characteristics such as secondary flow power and vortices power can assist to better understanding of flow filed in bends. Despite of expanded using of these characteristics in bends, they haven’t used in compound channel too much.
In this research, the flow filed was simulated using different turbulence models and verified by experimental data in prismatic compound channel. Then the secondary flow power and vortices power of secondary flow in compound channel were computed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound channel
  • Vorticity
  • Secondary Flow
  • Flow filed
  • Turbulence models

مراجع

[1]       Sellin, R. H. J., "A Laboratory Investigation into the Interaction Between Flow in the Channel of a River and that of Floodplain", La Houille Blanche, 1964, 7, 793-801.
[2]       Knight, D. W., Demetriou, J. D., "Floodplain and Main Channel Flow Interaction", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 1983, 109 (8), 1073-1092.
[3]       Stephenson, D., Kolovopoulos, P., "Effects of Momentum Transfer in Compound Channels", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 1990, 116 (12), 1512-1522.
[4]       Shiono, K., Knight, D. W., "Turbulent Open-Channel Flows with Variable Depth across the Channel", Journal of Fluid Mechanics, 1991, 222, 617-646.
[5]       Prinos, P., Townsend, R., Tavoularis, S., "Structure of Turbulence in Compound Channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, 1985, 111 (9), 1246-1261.
[6]       Shimizu, Y., Tsujimoto, T., "Comparison of Flood-flow Structure between Compound Channel and Channel with Vegetated Zone", IAHR Congress, Tokyo, Japan, 1993, pp 97-104.
[7]       Lambert, M. F., Sellin, R. H. J., "Discharge Prediction in Straight Compound Channels Using the Mixing Length Concept", Journal of Hydraulic Research, 1996, 34 (3), 381-393.
[8]       Sofialidis, D., Prinos, P., "Turbulent Flow in Open Channels with Smooth and Rough Flood Plains", Journal of Hydraulic Research, 1999, 37 (5), 615-640.
[9]       Shiono, K., Knight, D. W., "Turbulent Open Channel Flows with Variable Depth Across the channel", Journal of Fluid Mechanics, 1991, 222, 617-646.
[10]     Myers, R. C., Lyness, J. F., "Discharge Ratios in Smooth and Rough Compound Channels", Journal of Hydraulic Engineering, 1997, 123 (3), 182-188.
[11]     Tominaga, A., Nezu, I., "Turbulent Structure in Compound Open Channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, 1991, 117 (1), 21-41.
[12]     Naot, D., Nezu, I., "Hydrodynamic Behavior of Compound Rectangular Open Channels", Journal of Hydraulic Engineering, 1993, 119, 390-408.
[13]     Ghosh, S., Jena, S. B., "Boundary Shear Stress Distribution in Open Cannel Compound", Proceedings of the Institution of Civil Engineering, 1971, 49, 417-430.
[14]     Myers, W. R. C., Elsawy, E. M., "Boundary Shear in Channels with Floodplain", Journal of Hydraulic Division, 1975, 101 (7), 993-1025.
[15]     Rhodes, D. G., Knight, D. W., "Distribution of Shear Force on the Boundary of a Smooth Rectangular Duct", Journal of Hydraulic Engineering,ASCE, 1994, 120 (7), 787-807.
[16]     Patra, K. C., Kar, S. K., "Flow Interaction of Meandering River with Floodplains", Journal of Hydraulic Engineering, 2000, 126 (8), 593-603.
[17]     Lai, C. J., Knight, D. W., "Distributions of Streamwise Velocity and Boundary Shear Stress in Compound Ducts", The 3rd International Symposium On Refined Flow Modeling and Turbulence Measurements, Universal Academy Press, 1989, pp 442-480.
[18]     Myers, W. R. C., Brennan, E. K., "Flow Resistance in Compound Channels", Journal of Hydraulic Research, IAHR, 1990, 28 (2), 141-155.
[19]     Lee, P. J., Lambert, M. F., Simpson, A. R., "Critical Depth Prediction in Straight Compound Channels", Water & Maritime Engineering, 2002, 154, 317-332.
[20]     Lotter, G. K., "Considerations on Hydraulic Design of Channels with Different Roughness of Walls", Transactions of All Union Scientific Research, 1933, 238-241.
[21]     Abril, B., "Benchmark Comparisons of the Analytical and Finite Element Solutions of the SKM", Technical Report EPSRC Research Grant, GR/R54880/01, University of Birmingham, UK, 2003.
[22]     Shiono, K., Knight, D. W., "Two Dimensional Analytical Solution Compound Channel", The 3rd International Symposium On Refined Flow Modeling and Turbulence Measurements, Universal Academy Press, 1989, pp 591-599.
[23]     Weber, J. F., "1D-2D Integrated Modeling of Floodplain Flows", MSc Thesis, University of Cordoba, Argentina, 2003.
[24]     MacWilliams, M. L., "Three-dimensional Hydrodynamic Simulation of River Channels and Floodplains", PhD Thesis, Stanford University, 2004.
[25]     Toebes, G. H., Sooky, A. A., "Hydraulics of Meandering Rivers with Floodplains", Journal of Waterway and Harbor Division, ASCE, 1967, 93 (2), 213-236.
[26]     Shukry, A., "Flow Around Bends in an Open Flume", Transactions, ASCE, 1950, 115, 54-66.
[27]     Shino, K., Scott, C. F., Kearney, D., "Predictions of Solute Transport in a Compound Channel Using Turbulence Models", Journal of Hydraulic Research, 2003, 41 (3), 247-258.
]28 [  فضلی، م.، اسفندیاری، س.، رضایی، ب.، "مقایسه نتایج حاصل ازشبیه­سازی عددی جریان در کانال­های مرکب منشوری با مدل­های مختلف آشفتگی"، مجموعه مقالات نهمین کنگره بین­المللی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران، 1391، ص 115-123.
]29 [     صفارزاده، ع. ر.، "شبیه­سازی عددی جریان در کانال­های مرکب منشوری با سیلاب­دشت­های به عرض متفاوت"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران، 1392.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 45.2، شماره 79 - شماره پیاپی 79
تابستان 94
شهریور 1394
صفحه 47-58

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار