برآورد ضریب پسا برای آبشکن‌های توری‌سنگی با درصد تخلخل‌های متفاوت با استفاده از اندازه‌گیری آزمایشگاهی میدان جریان و حل معادلات ناویر استوکس

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران- آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 دانشکده مهندسی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

آبشکن­ ها دیواره ­های عرضی هستند که در کنار ساحل رودخانه، ساخته شده و به حفاظت دیواره­ ها کمک می ­کنند. از نظر هیدرودینامیکی، تقابل بین آبشکن‌های متخلخل واقع در مسیر جریان و سیال اطراف آن پیچیده بوده و محاسبات نیرو بر روی آن­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار است. در این تحقیق با استفاده از روش جدیدی، در ترکیب نتایج آزمایشگاهی با حل عددی، میدان سرعت جریان پیرامون آبشکن‌های توری­سنگی با تخلخل‌های متفاوت، در آزمایشگاه اندازه ­گیری شده و با داشتن میدان جریان، بروش عددی، معادلات میانگین زمانی ناویر-استوکس (Time-Averaged Navier-Stokes equation) برای جریان آشفته حل می­ شوند و توزیع میدان فشار پیرامون آن­ها به ­دست می­ آید. سپس با استفاده از میدان فشار نیروی درگ (Drag force) وارد بر آبشکن‌ها و ضریب درگ بررسی می ­شود. شبکه ­بندی این پژوهش از نوع شبکه ­بندی جابه­ جا شده پسرو سه ­بعدی غیریکنواخت می ­باشد. نتایج نشان داد که جدایش جریان برای آبشکن‌ها با افزایش تخلخل کاهش می‌یابد. همچنین با افزایش درصد تخلخل، نیرو و ضریب درگ کاهش یافته و در نهایت ضریب دراگ براساس درصد تخلخل آبشکن‌ها، با برازش منحنی درجه سوم ارائه شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of the Drag Coefficient of Gabion Groin with Different Porosities Using a Measurement of Experimental Flow Field and Solution of Navier- Stokes Equations

نویسندگان [English]

  • Mahshid Goudarzi 1
  • Majid Fazli 2
1 Graduated of hydraulic structure engineering, faculty of Engineering. Buali Sina University
2 Hydraulic Structures, Faculty of Engineering, Buali Sina University
چکیده [English]

Rivers affected by natural factors or human interventions are involved in Corrosion of bed and sides. One of the common methods in controlling and protecting riversides is the use of groin. Gabion groynes are a kind of spur dike. On the basis of hydrodynamic the contrast between gabion groin of river and the environmental fluid are complex and computing of the affected force on them are so important. If a real fluid, with a constant velocity, passes around a groine, there is a drag force due to fluid viscosity. Lee et al (2011) used the time average of Navier-Stokes equations and k-ε turbulent model to predict the flow around permeable pile groins to develop a 2-D numerical model. Their results indicated that the direction of the approaching flow is diverted by increasing the flow rate, which is an advantage to protect the river banks Duan and Nanda (2006) simulated the distribution of suspended sediment concentrations around a spur dike using a two-dimensional depth averaged hydrodynamic model and solution of two-dimensional Navier-Stokes equations. Azinfar and Kells (2009) studied the flow around a single spure dike with different sizes using measurement flow and depth and using momentum equation. They resultes that an increase in the blockage due to the spur dike plate is the main parameter responsible for an increase in the spur dike drag coefficient, hence the associated flow resistance. The effect of porosity percentage of these porous groines in channels and rivers is not carefully investigated on how the pressure and drag force on these groin is distributed. Therefore, the necessity of studies in this field is observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gabion groin
  • Porosity of percentage
  • Time averaged Navier- Stokes equations
  • Pressure distribution
  • Drag force
  • Drag coefficient
آرمان ع، ظهیری ج، فتاحی پ، قنبری س، "مقایسه و شبیه ­سازی الگوی جریان در قوس 90 درجه ملایم با استفاده از دل ­های CCHE2D و SRH-2D"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست، 1396، 47 (1)، 11-19.
فتاحی پ، آرمان ع، ظهیری ج، "مطالعه عددی تأثیر نفوذپذیری آبشکن­ ها بر الگوی فرسایش و رسوب­ گذاری در قوس 90 درجه ملایم"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1397، 84 (3)، 41-49.
Azinfar H, Kells AJ, “Flow resistance due to a single spur dike in an open channel”, Journal of Hydraulic Research, 2009, 47 (6), 755-763.
Azinfar H, Kells AJ, “Drag force and associated backwater effect due to an open channel spur dike filed”, Journal of Hydraulic Research, 2011, 49 (2), 248-256.
Duan JG, Nanda S K, “Two-dimensional depth-averaged model simulation of suspended sediment concentration distribution in a groyne field”, Journal of Hydrology, 2006, 327 (3), 426-437.
Fox RW, McDonald AT, “Intruduction to Fluid mechanics”, John Wiley and Sons, Inc., 2011, 8th Ed.
Han X, Lin P, “3D Numerical Study of the Flow Properties in aDouble-Spur Dikes Field during a Flood Process”, Journal Water, 2018, 10, 1574.
Lee JT, Chan HC, Huang CK, Wang YM, Huang WC, “A depth-averaged two-dimensional model for flow around permeable pile groins”, International Journal of the Physical Sciences,2011, 6 (6), 1379-1387.
Li G, Lang L, Ning J, “3D Numerical Simulation of Flow and Local Scour around a Spur Dike”, In IAHR World Congress, 2013.
Qi ZX, Eames I, Johnson ER, “Force acting on a square cylinder fixed in a free-surface channel flow”, Journal of Fluid Mech, 2014, 756,716-727.
Streeter VL, Bedford K, Wylie EB, “Fluid Mechanics”, McGraw-Hill Book Co, 1998, 9th Ed.
Uijttewaal, W SJ, “Effect of groyne layout on the flow in groyne fields: laboratory experiments”, Journal of Hydraulics Engineering, 2005, 13 (9), 782-791.
Versteeg HK, Malalasekera W, “An introduction to computational fluid Dynamics the finite volum method”, Longman Scientific and  technical, 1995.
Yagmur S, Dogan S, Aksoy MH, Canli E, Ozgoren M, “Experimental and numerical investigation of flow stractures around cylindrical bluff bodies”, EPJ web conferences 2015.