18663

۱۸۶۶۳

بررسي مشخصات جريان بر روي بستر محدب شني با تكيه بر تئوري لايه مرزي

كارشناسي ارشد

مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر حسين افضلي مهر

عمران

چكيده برنامه ريزي و طراحي در مهندسي رودخانه به تغييرات شكل بستر و تعامل آن با جريان وابسته است، بنابراين لازم است برهم كنش شكل بستر، جريان با جزييات بيشتري مورد بررسي قرار داده شوند. اهداف اين تحقيق به بررسي كاربرد قانون برخاستگي كولز در ناحيه ي خارجي لايه ي مرزي و مقايسه ي آن با روش قانون سهمي بر روي بستر محدب شني، شناخت رابطه بين پارامتر كولز و گراديان فشار بي بعد β، تعيين ثابت ون كارمن در شكل بستر محدب شني ، بررسي تعادل لايه ي مرزي روي بستر محدب شني و كاربرد روش ميانگين گيري دوگانه مي باشد. همچنين آناليز طيفي براي شناخت اعتبار يا عدم اعتبار قوانين شناخته شده كولموگراف در ناحيه هاي داخلي و خارجي لايه ي مرزي براي بستر محدب شني در اين پايان نامه بررسي مي¬شوند. براي انجام اين تحقيق از داده¬هاي بدست آمده در دانشگاه صنعتي اصفهان استفاده شد. اندازه گيري سه¬بعدي سرعت جريان آب توسط دستگاه سرعت سنج صوتي ADV صورت پذيرفت. به منظور شبيه سازي بستر رود خانه از دانه بندي ۱۰ ميلي متري استفاده شد. در اين تحقيق از داده هاي آزمايش زاويه شيب ورودي و خروجي شكل بستر 5 درجه استفاده گرديد. نتايج نشان داد كه بخش خارجي لايه مرزي بخوبي مي تواند توسط قانون كولز و همينطور يك قانون سهمي پارامتريزه شود. در حالي كه بخش داخلي لايه مرزي از اين قانون¬ها پيروي نمي كند. رابطه¬ي قوي بين پارامتر گراديان فشار و پارامتر كولز مشاهده نشد، اما در بخش تند شونده، رابطه¬¬ي مناسب با ضريب همبستگي بالا بدست آمد. ثابت ون كارمن بر اساس محاسبه¬ي سرعت برشي به روش لايه مرزي، به ثابت جهاني0.4 نزديك بوده وتغييرات كمي در امتداد بستر نشان مي¬دهد. براي بررسي اعتبار قانون كلموگراف بر داده هانتايج براي هر دو ناحيه¬ي داخلي و خارجي نشان داد انرژي نواحي با فركانس كم براي جريان¬هاي كند¬شونده، در ناحيه¬ي بالادست شكل بستر نسبت به پايين¬دست آن كمتر است. براي جريان تندشونده روندي كاملا بر خلاف كندشونده مشاهده مي¬شود نمودارها نشان داد براي پروفيل هاي ناحيه¬ي تند¬شونده وشبه¬يكنواخت به وضوح مشخص است كه زيرلايه لختي داراي شيب -5/3 بوده و به بيان ديگر مي باشد و قانون كلموگراف براي هر سه بعد برقرار است. لايه مرزي متعادل در هيچ يك از آزمايش ها برقرار نيست، زيرا نيمرخ¬هاي زماني تنش رينولدز بر خلاف نيمرخ هاي سرعت و توزيع جذر ميانگين مربع نوسانات سرعت هم¬شكل نمي باشند. قانون لگاريتمي در ناحيه داخلي نيمرخ ميانگين¬گيري دوگانه سرعت جريان برقرار بوده و قانون سهمي مي¬تواند بر داده¬هاي سرعت ناحيه¬ي خارجي نيمرخ ميانگين دوگانه¬ي سرعت به خوبي برازش نمايد. واژه هاي كليدي : شكل بستر محدب، قانون برخاستگي كولز، قانون سهمي، گراديان فشار، شدت آشفتگي. ثابت ون¬كارمن، قانون كلموگراف، جريان متعادل

1397/01/20

6/9/2019 12:00:00 AM

Abstract Planning and design in river engineering rely on bed deflections and its interactions with the flow, so it is essential to investigate the bed-flow interaction in more detail. The main objective of this paper is to investigate the comparison between the Coles law in outer region of boundary layer and parabolic law method on riffle, finding the relation between Coles parameter and dimensionless pressure gradient β, determination of the Von Karman constant in riffle and application of double average methodology. Spectral analysis for recognition of validity or invalidity in known Kolmogorov law for both inner and outer boundary layer of riffle has also been inquired in the present thesis. The gained data of Isfahan university of technology have been used to perform this survey. Three-dimensional water flow velocity measurement using ADV has been done. In order to simulate the river bed, grain size diameter of d50=10 mm is consumed. the results represent that outer boundary layer of riffle can be well parametrized using both Coles and parabolic laws, while the inner part of boundary layer does not follow these laws. There is no strong relation between pressure gradient parameter and Coles parameter, but in the acceleration region, an equation with high correlation coefficient has been obtained. Von Karman constant is near to global constant of 0.4 according to shear velocity using boundary layer method and indicates a few variation alongside the bed. To validate the Colmograf law, the results of both inner and outer regions demonstrate that the energy for decelerating flows in low-frequency regions in upper hand formation of the bed is less than the related amount lower hand. For accelerating flow, the above mentioned procedure is vice versa. Charts reveals that in the accelerating and quasi-uniform region profiles, it is clearly obvious that the Sub-layer is -5/3 and in other words the Colmograf law is established for all three dimensions. The balanced boundary layer is not established in any tests because Reynolds stress profiles do not have the same shapes unlike the velocity and its square root of the square average distribution of fluctuation profiles. The logarithmical law in inner double averaging region of flow velocity is run and the parabolic law can be well fit over the velocity of the outer region of double averaging velocity profile. Keywords:riffle, Coles law, parabolic law, pressure gradient, , Von Karman constant, Colmogorove law,