مدلسازی عددی تاثیر طول کوله پل در سیلاب دشت بر تنش برشی بستر و مومنتوم جریان

Abstract

سابقه و هدف: با بالا آمدن تراز آب در کانال اصلی و عبور آن از مرز سیلاب‌دشت، به دلیل متفاوت بودن ضریب زبری و اختلاف سرعت بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت، جریان در کانال اصلی با شتاب بیشتری نسبت به سیلاب‌دشت‌ها حرکت کرده و یک تبادل مومنتوم قوی بین جریان‌ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت به‌وجود می‌آید. این تبادل باعث تولید گردابه‌هایی در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت می‌گردد. تبادل مومنتوم باعث می‌شود از انرژی جریان پرسرعت مجرای اصلی کاسته و به انرژی جریان کم سرعت سیلاب‌دشت افزوده شود. تبادل مومنتوم همچنین باعث کاهش دبی کانال اصلی، افزایش دبی سیلاب‌دشت و کاهش ظرفیت انتقال رودخانه می‌گردد. در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت به علت وجود لایه برشی، پتانسیل ناپایداری و آبشستگی بالا است. شناخت پارامتر-های تنش برشی بستر و مومنتوم در کانال مرکب و خصوصاً در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت کمک می‌کند که محاسبات دقیق-تری در ارتباط با حفاظت بستر رودخانه و تعیین روش‌های محافظتی صورت پذیرد. در این پژوهش به کمی‌سازی پارامتر‌های تنش برشی بستر و مومنتوم جریان در شرایطی که کانال مرکب، طول تکیه‌گاه پل در سیلاب‌دشت و نوع دیوار هدایت به صورت هم‌زمان بر الگوی جریان تاثیر گذار هستند، پرداخته شده است. مواد و روش‌ها: در تحقیق حاضر با استفاده از تحلیل عددی سه‌بعدی به بررسی تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب-دشت و کانال اصلی در یک کانال مرکب ذوزنقه‌ای متقارن با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D پرداخته شده است. پس از تایید صحت عملکرد مدل مذکور با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود، تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب‌دشت و کانال اصلی برای طول‌های مختلف تکیه‌گاه پل و در حالت‌های با و بدون دیوار هدایت بیضوی شکل مورد بررسی قرار گرفته است.یافته‌ها: تنش برشی بستر در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت، در کانال اصلی افزایش و در سیلاب‌دشت کاهش یافته است. تنش برشی در کانال اصلی تا 5/25 درصد افزایش و در سیلاب‌دشت تا 6/36 درصد کاهش یافته است. همچنین اختلاف مومنتوم در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت تا مقدار 5/78 درصد افزایش یافته است. نتیجه‌گیری: از نتایج قابل توجه این است که در حالت تکیه‌گاه با دیوار هدایت بیضوی، تنش برشی بستر در سیلاب‌دشت کاهش می-یابد که باعث بهبود شرایط در محل تکیه‌گاه پل می‌گردد ولی افزایش تنش برشی در کانال اصلی باعث می‌شود که شرایط پایه‌هایی که در کانال اصلی قرار می‌گیرند بحرانی‌تر گردد. همچنین در حالت تکیه‌گاه با دیوار هدایت بیضوی شکل اختلاف مومنتوم بین سیلاب‌دشت و کانال اصلی نسبت به حالت تکیه‌گاه بدون دیوار هدایت افزایش می‌یابد که این امر باعث افزایش تنش برشی و ایجاد گردابه‌ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب‌دشت می‌گردد.

Keywords

• تبادل مومنتوم
• تکیه‌گاه پل
• تنش برشی بستر
• کانال مرکب
• مدل فلو تری دی