بررسی اثر سازه هوادهی بر الگوی جریان و قدرت جریان ثانویه و توزیع تنش برشی در قوس ملایم 90 درجه

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه لوزان سوئیس

چکیده

یکی از روش ­های نوین حفاظت از قوس رودخانه ­ها استفاده از سازه هوادهی (Air bubble screen) است. در این مقاله به مطالعه تأثیر سازه هوادهی بر الگوی جریان و قدرت جریان ثانویه و تنش برشی بستر در یک قوس ملایم 90 درجه همراه با سازه هوادهی پرداخته شده است. در انجام این آزمایش­ ها برای اندازه­ گیری سرعت از دستگاه سرعت ­سنج الکترومغناطیس سه­ بعدی استفاده شده است. مقایسه بین کانتورهای (Countors) سرعت طولی در طول قوس انجام شده و مقادیر قدرت جریان ثانویه و الگوی آن و همچنین تنش برشی بستر موردبررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر آن است که در حضور سازه هوادهی الگوی توزیع سرعت و تنش برشی اصلاح شده و مکان بیشینه سرعت و تنش برشی از قوس بیرونی دور شده و به میانه کانال منتقل می­ شود. الگوی جریان ثانویه نشان­ دهنده وجود یک سلول جریان ثانویه در خلاف جهت سلول ناشی از انحنا است و همچنین قدرت جریان ثانویه نیز کاهش یافت. با توجه به نتایج ارائه‌شده انتظار می­رود مکان وقوع بیشینه آب‌شستگی که منطبق بر مکان بیشینه سرعت و تنش برشی است از قوس بیرونی دور شده و به میانه فلوم منتقل شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The Effect of the an Air-bubble Screen on Flow Pattern and Secondary Flow Strength and Bed Shear Stress in a 90 Degree Mild Bend

نویسندگان [English]

  • Pari Maleki 1
  • Javad Ahadiyan 1
  • Seyed Mahmood Kashefipour 1
  • Manoochehr Fathi Moghadam 1
  • Anton Schleiss 2
1 Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 College of Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Switzerland
چکیده [English]

The complex interactions between streameise flow and curvature- induced secondary flow in bends, bed morphology cause erosion near the outer bank, and deposition near the inner bank, that it can endanger the outer bank’s stability and also reduce the navigable width of the rivers. There are several techniques to protect the outer bank, reduce adverse impacts and control bed erosion in bends. Methods used in most parts of the world include submerged groynes, spur dikes, and bandal-like structures. But, meny these Methods have the disadvantage of being fixed constructions on the bed river that caused a threat for navigation. This paper describes a new way that consists in changes the bed morphology with provoking changes in the flow pattern. Dugue, et al. (2011, 2012) studied morph dynamic bends rivers with the Air-bubble screen method. Their results reveal that the air bubble screen is able to modify the flow pattern by shifting the maximum scouring from the outer bank towards the center of the flume and does not endanger its stability anymore. Dugue et al, 2013 studied scour reduction at a 193° bend by an air-bubble screen method. Velocity pattern at 70° bend showed that the bubble-induced flow pattern overcame the secondary flow induced by the outer bank while decreasing the morphology slope. It also showed 50 percent reduction in the maximum scour depth. Shukry (1949) is one of the first researchers in the study of erosion of the outer bank of rivers in a canal with a 180- degree bend with various proportions of the rivers radius to its width. There have been very few investigations about air bubble screen in 90 bend, therefor  in this study the effect of the air bubble screen on flow pattern and Secondary flow strength  and bed shear stress in 90 degree bend under Froude numbers 0.45 is examine.

کلیدواژه‌ها [English]

  • 3-D velocimeter
  • Secondary flow strength
  • Flow Pattern
  • Bed shear stress
  • Air bubble screen

مراجع

شاکر ا، کاشفی­ پور س م، "بررسی آزمایشگاهی توزیع سرعت و تنش برشی جریان در قوس 90 درجه همراه و بدون وجود سری آبشکن"، نشریه دانش آب و خاک، دانشگاه تبریز، 1393، 3، 55-68.
کوچک پ، "بررسی اثر هندسه آبشکن باندال لایک برروی الگوی فرسایش در قوس 90 درجه در شرایط استغراق"، پایان­نامه دکتری، دانشگاه شهید چمران اهواز، 1395.
ملکی پ، احدیان ج، کاشفی­ پور س م، فتحی­ مقدم م، اشلایز آ، "تأثیر سیستم تزریق هوا در کاهش آب‌شستگی قوس ملایم 90 درجه"، نشریه هیدرولیک ایران، 1398، 1، 91-105.
واقفی م، اکبری م، "تعیین شدت آشفتگی در کانال قوسی 180 درجه تند با استفاده از داده­ های آزمایشگاهی"، نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 1394، 20، 34-16.
واقفی م، قدسیان م، اکبری م، "تأثیر قدرت جریان ثانویه بر تنش برشی بستر پیرامون آبشکن سرسپری مستقر در موقعیت­های مختلف قوس ۹۰ درجه با بسترصلب"، نشریه علوم آب و خاک، صنعتی اصفهان، 1395، 75، 45-57.
Bahrami Yarahmadi M, Shafaie Bejestan M, “Sediment management and flow patterns at river bend due to triangular vanes attached to the bank”, Journal of Hydro-Environment Research, 2015, 10, 64-75.
Blanckaert K, Buschman FA, Schleiss A, Wijbenga JHA, “Redistribution of velocity and bed-shear stress in straight and curved open channels by means of air bubble screen: Laboratory experiments”, Journal of Hydraulic Engineering-ASCE, 2008, 134 (2), 184-195.
Blanckaert K, Graf WH, “Mean flow and turbulence in open channel bend”, Journal of Hydraulic Engineering, 2001, 127 (10), 835-846.
Dey S, Barbhuiya AK, “Turbulent flow field in a scour hole at a semi circular abutment”, Canadian Journal of Civil Engineering, 2005, 32 (1), 213-232.
Dugue V, Blanckaert K, Schleiss A, “An Air-Bubble Screen used as a countermeasure to Reduce Erosion in Open-Channel bends”, ICSE6-204,27-31August, Paris, 2012.
Dugué V, Blanckaert K, Schleiss A, “Influencing bend morphodynamics by means of an airbubble screen - Topography and velocity field”, Proc of the 7th IAHR Symp on River, Coastal and Estuarine Morphodynamics, Beijing, China, 2011.
Dugué V, Blanckaert K, Schleiss A, “Flow patterns induced by a bubble screen in a sharply curved flume based on Acoustic Doppler Velocity Profiler measurements”, 8th Int Symp. on Ultrasonic Doppler Methods for Fluid Mechanics and Fluid Engineering, Dresden, Germany, 19-21 September, 2012.
Dugue V, Blanckaert K, Chen Q, Schleiss A,“ Reduction of bend scour with an airbubble screen Morphology and flow pattern”, International Journal of Sediment Reserch, 2013, 28 (1), 15-23.
Dugue V, Blanckaert K, Chen Q, Schleiss A, “Influencing flow patterns and bed morphology in open channels and rivers by means of an air-bubble screen”, Journal of Hydraulic Engineering-ASCE, 2015, 141 (1), 1-13.
Fazli M, Ghodsian M, Salehi Neyshabouri AA, “Scour and flow field around a spur dike in a 90° bend”, International Journal of Sediment Research, 2008, 23, 56-68.
Izadinia E, Heidarpour M, “Comparison of different configurations of air-bubble screens around the pier to control scour”, International Congress on Civil Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran,2015.
Lien HC, Hsieh TY, Yang JC, Yeh KC, “Bend-flow simulation using 2D depth-averaged model. Journal of Hydraulic Engineering, 1999, 125 (10), 1097-1108.
Marion A, Zaramella M, “Effects of velocity gradients and secondary flow on the dispersion of solutes in a meandering channel”, Journal of Hydraulic Engineering, 2006, 132, 1295-1302.
Mehraein M, Ghodsian M, Khosravi M, Vaghefi M, “Experimental study on flow pattern and scour hole dimensions around a t-shaped spur dike in a channel bend under emerged and submerged conditions”, International Journal of Civil Engineering, 2017, 15, 1019–1034.
Odgaard A, Bergs A, “Flow processes in a curved alluvial channel”, Journal of Water Resources Research, 1988, 24 (1), 45-56.
Rozovskii IL, “Flow of water in bend of open channel”, Academy of sciences of the Ukrainin SSR, Institute of Hydrology and Hydraulic Engineering, 1957, 233p.
Shukry A, “Flow around bends in an open flume”, Transactions of the American Society of Civil Engineering, 1950, 115 (1), 751-779.
Wijbenga JHA, Schielen R, Blanckaert K, Buschman F, “Secondary flow and velocity redistribution by bubble screens in open channel bend”, International Conference on Fluvial Hydraulics, LISBON, PORTUGAL, 6-8 September, 2006.
Vaghefi M, Safarpoor Y, Hashemi SS, “Effects of distance between the T-shaped spur dikes on flow and scour patterns in 90 bend using the SSIIM model”, Journal of Ain Shams Engineering, 2015, 7 (1), 31-45.
Abhari MN, Ghodsian M, Vaghefi M, Panahpur N, “Experimental and numerical simulation of flow in a 90 bend”, Journal of Flow Measurement and Instrumentation, 2010, 21 (3), 292-298.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 52.4، شماره 109 - شماره پیاپی 109
زمستان 1401
بهمن 1401
صفحه 215-224

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار