شبیه سازی الگوی جریان و رسوب با حضور سری آبشکن ها در قوس 90 درجه ملایم با استفاده از مدل CCHE2D

Abstract

سابقه و هدف: یکی از بالاترین‌خسارات ناشی از حوادث غیرمترقبه، پدیده فرسایش سواحل می‌باشد. رودخانه‌ها تحت تأثیر پدیده فرسایش و رسوبگذاری دستخوش تغییرات گوناگونی می‌شوند که از آن جمله می‌توان به تغییر راستا، جابجایی‌های عرضی و طولی، تغییر تراز بستر و دگرگونی ویژگی‌های هندسی مسیر اشاره کرد. جهت محافظت ساحل در قوس بیرونی روشهای متعددی وجود دارد که استفاده از آبشکن از جمله بهترین و اقتصادی‌ترین روش‌‌ها در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در تحقیق حاضر، الگوی جریان و رسوب در یک قوس 90 درجه ملایم، همراه و بدون حضور آبشکن‌ها با تغییر موقعیت قرارگیری و طول آبشکن‌ها با آرایش‌های 15%، 20% و 25% عرض فلوم با استفاده از مدل عددی CCHE2D بررسی شد و با در نظر گرفتن عملکرد هیدرولیکی آبشکن، ترکیب بهینه پارامترهای طول و موقعیت آبشکن در قوس مورد بررسی قرارگرفت. مواد و روش‌ها: قوس به کار رفته در حل عددی این تحقیق شامل یک فلوم قوسی 90 درجه ملایم و با عرض 70 سانتی متر است که در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه شهید چمران اهواز مدل‌سازی شده است. بمنظور شبیه‌سازی الگوی جریان و رسوب، در این تحقیق از مدل عددی CCHE2D استفاده گردید. این مدل جزء مدل‌های هیدرودینامیکی دوبعدی بوده که در مرکز بین‌المللی علوم هیدرولیک و مهندسی محاسباتی دانشکده می‌سی‌سی‌پی آمریکا تهیه شده و توسعه یافته است. یافته‌ها: صحت‌سنجی هیدرولیکی و رسوبی نتایج با استفاده از مقایسه نتایج شبیه‌سازی شده توسط مدل با نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت. نتایج بیانگر قابلیت بالای مدل عددی در شبیه‌سازی الگوی جریان و رسوب در قوس است. نتایج حاصل از مقایسه سرعت‌ها در مدل و نتایج آزمایشگاهی بیانگر دقتی بیش از 94% می باشد. همچنین در صحت‌سنجی رسوبی مشخص شد که دقت مدل در برآورد فرسایش و رسوبگذاری بیش از 90% می‌باشد. نتیجه‌گیری: تحلیل نتایج نشان می‌دهد که با افزایش طول آبشکن‌ها حداکثر میزان سرعت و نیز عمق فرسایش و رسوبگذاری افزایش می‌یابد. بطور مثال حداکثر عمق آبشستگی در آبشکن‌های با طول 15 و 20 درصد عرض فلوم نسبت به آبشکن‌های با طول 25 درصد عرض فلوم، به ترتیب 44% و 33% کاهش یافته است. همچنین حداکثر سرعت در آبشکن‌های دارای طول 15 و 20 درصد عرض مجرا به ترتیب 9 و 16 درصد نسبت به آبشکن‌های با طول 25 درصد عرض مجرا کاهش یافته است. نتایج نشان می دهند که الگوی فرسایش و رسوبگذاری در آبشکن با طول 20% عرض مجرا ارجحیت دارد. زیرا اولا با حداقل تغییرات کف مجرا الگوی جریان را به سمت مرکز کانال منحرف می سازند. ثانیا آبشکن‌های با طولهای 15% و 25% عرض مجرا حجم رسوبگذاری بسیار زیادی را در قوس داخلی منجر می گردند که این امر باعث می شود عرض مفید برای عبور جریان کمتر گشته و افزایش دبی در واحد عرض و همچنین افزایش تنش برشی را در پی خواهد داشت.

Keywords

• آبشکن
• الگوی جریان و رسوب
• قوس 90 درجه
• مدل عددی cche2d