مطالعه عددی اثر عرض سیلاب‌دشت‌های کانال مرکب منشوری بر روی میدان جریان و اندرکنش بین جریان در کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

پیش­بینی مشخصات جریان در کانال­های مرکب به علت ماهیت سه بعدی جریان برای مهندسین هیدرولیک امری دشوار تلقی می­شود. مشخصه اصلی جریان در کانال­های مرکب منشوری شامل اثر اندرکنش بین جریان سریع در کانال اصلی و جریان کندتر در سیلاب­دشت­ها می­شود. این اختلاف سرعت سبب ایجاد یک لایه برشی در فصل مشترک بین کانال اصلی و سیلاب­دشت شده که در نتیجه این امر بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها تبادل اندازه حرکت صورت می‌پذیرد. نتیجه این امر کاهش ظرفیت انتقال جریان در کانال اصلی و افزایش آن در سیلاب‌دشت‌ها می‌باشد. در این تحقیق تلاش گردیده است که میدان جریان در کانال­های مرکب منشوری شامل توزیع عرضی سرعت متوسط در عمق و تنش برشی به صورت عددی با استفاده از نرم­افزار ANSYS-CFX شبیه­سازی گردد. مقایسه نتایج حاصل از شبیه­سازی عددی که از حل معادلات ناویر- استوکس متوسط­گیری شده رینولدزی با استفاده از مدل آشفتگی k-e به دست آمده، با داده‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد که کم و بیش انطباق خوبی بین آن­ها وجود دارد. همچنین با استفاده از شبیه­سازی عددی به مطالعه تأثیر دبی و هندسه کانال مرکب بر روی اندرکنش جریان بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on the Effects of the Floodplain Width on Flow Field and Interaction between the Main Channel and Floodplains in Prismatic Compound Channels

نویسندگان [English]

  • Alireza Safarzadeh
  • Bahram Rezaei
Civil Engineering Department, Faculty of Engineering, Bu-Ali Sina University
چکیده [English]

Prediction of flow field in compound channel is an important task for hydraulic researches because of the three dimensional nature of the flow. In compound channels with prismatic floodplains, the main feature consists of the interaction effect between the fast moving flow in the main channel and the slow moving flow on the floodplains. This difference creates a high shear layer at the interface between the main channel and floodplains, leading to the generation of the large scale vortices with vertical axes, as well as the helical secondary with longitudinal axes, as shown by Sellin [1], Tominaga and Nezu [2], Ikeda [3], Bousmar [4] and Rezaei [5].
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical study
  • Prismatic compound channels
  • Depth-averaged velocity
  • Boundary shear stress
  • Apparent shear force
[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]        Ikeda, S., "Role of Lateral Eddies in Sediment Transport and Channel Formation", River Sedimentation, Jayawardena, Lee and Wang, eds., Balkema Rotterdam, 1999, 195-203.
[3]        Buosmar, D., "Flow Modeling in Compound Channels-Momentum Transfer Between Main Channel and Prismatic and Non-Prismatic Floodplains", PhD Thesis, Universite Catholiqe de Louvian, Belgium, 2002.
[4]        Rezaei, B., "Overbank Flow in Compound Channels with Prismatic and Non-Prismatic Floodplains", PhD Thesis, University of Birmingham, UK, 2006.
[5]        Wormleaton, P. R., "Determination of Discharge in Compound Channels using The Dynamic Equation For Lateral Velocity Distribution", International Conference on Fluvial Hydraulics, Belgrade, Hungary, 1988, pp 98-103.
[6]        Knight, D. W., Shiono, K., Pirt, J., "Prediction of Depth Mean Velocity and Discharge in Natural Rivers With Overbank Flow", International Conference on Hydraulic and Environmental Modelling of Coastal, Estuarine and River Waters, (Ed. R. A. Falconer, P. Goodwin, R. G. S. Mathew), Gower Technical, University of Bradford, September, 1989, pp 419-428.
[7]        Wark, J. B., Samuel, P. G., Ervine, D. A., "A Practical Method of Estimating Velocity and Discharge in Compound Channels", International Conference On River Flood Hydraulics", (Edited by White, W. R.), Hydraulic Research Ltd., J. Wiley & Sons, September, 1990, pp 163-172.
[8]        Ervine, D. A., Babaeyan- Koopaei, K., Sellin, R. H. J., "Two-Dimensional Solution for Straight and Meandering Overbank Flows", Journal of Hydraulic Engineering, 2000, 126 (9), 653-669.
[9]        Naot, D., Nezu, I., Nakagawa, H., "Calculation of Compound Open Channel Flow", Journal of Hydraulic Engineering,1993, 119 (2), 1418-1426.
[10]     Noat, D., Rodi, W., "Calculation of Secondary Currents in Channel Flow", Journal of Hydraulic Division, 1982, 108 (8), 948-968.
[11]     Tominaga, A., Nezu, I., "Turbulent Structure in Compound Open Channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, 1991, 117 (1), 21-40.
[12]     Cokljat, D., Younis, B., "Second Order Closure Study of Open-Channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, 1995, 121 (2), 94-107.
[13]     Launder, B. E., Reece, G. J., Rodi, W., "Progress in the Development of Reynolds Stress Turbulent Closure", Journal of Fluid Mechanics, 1975, 68, 537-566.
[14]     MacWilliams, M. L., "Three-Dimensional Hydrodynamic Simulation of River Channels and Floodplains", PhD Thesis, Stanford University, 2004.