27403

اثر نسبت ظرافت در تخمين ضريب دراگ جريان با گراديان فشار مطلوب در كانال با توزيع پوشش گياهي پراكنده روي بستر شني

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران، مهندسي آب و سازه‌هاي هيدروليكي

1399

1401/07/27

دكتر حسين افضلي‌مهر

مهندسي عمران

پوشش گياهي اغلب در رودخانه‌ها، سيلابدشت آن‌ها و كانال‌هاي آبياري وجود دارد كه در بسياري از موارد، اين پوشش‌ها به صورت پراكنده و با طول و عرض محدود هستند. حضور پوشش گياهي مستغرق در مسير جريان، با تغيير شرايط هيدروديناميكي، نحوه انتقال رسوب، مواد مغذي محلول، آلودگي‌ها، اكسيژن محلول و موجودات زنده موجود، جريان را تحت تاثير قرار داده و تنش برشي كف را كاهش مي‌دهد و همچنين تاثير بسزايي بر روي افزايش مقاومت جريان دارد. هدف از تحقيق حاضر بررسي اثر نسبت ظرافت در تعامل پوشش گياهي بستر و جريان آشفته بر روي ضريب دراگ در جريان غيريكنواخت تند‌شونده است. از آنجا كه تغييرات نسبت ظرافت اثر قابل توجهي در توليد جريان‌هاي ثانويه و تغيير ساختار جريان دارد، ضروري است اثر اين پارامتر بر تخمين ضريب دراگ در حضور پوشش گياهي و شن در كف در جريان غيريكنواخت بررسي شود. اين تحقيق در دو بخش آزمايشگاهي و صحرايي با تمركز بر داده‌هاي آزمايشگاهي در كانالي مستطيلي به طول 8 متر، عرض 0.4 متر و عمق 0.6 متر در دانشكده عمران دانشگاه علم و صنعت ايران انجام گرفت. بستر از از شن با قطر ميانه (d50) ذرات 15.2 ميلي‌متر پوشيده شده و از پوشش گياهي مصنوعي با ارتفاع 3 سانتي‌متر و نزديك به نمونه واقعي استفاده شده است. به منظور بررسي ساختار‌هاي جريان آشفته، از تحليل داده‌هاي سرعت‌سنجي لحظه‌اي استخراج شده از سيستم سرعت‌سنجي آكوستيك-داپلر (ADV ) استفاده شده است. آزمايش‌ها جمعا در 6 سري انجام شد كه 3 سري با شيب 0.5 درصد و در حالت‌هاي پوشش متراكم، پوشش تراكم پايين و بستر بدون پوشش و 3 سري در شيب 1.5 درصد و شرايط ذكر شده انجام گرفت. آناليز اسپكترال، توزيع سرعت، توزيع تنش‌هاي برشي رينولدز، TKE ، آناليز كوادرانت و مقاومت جريان براي هر سري از آزمايش‌ها مورد بررسي قرار گرفته است. آناليز اسپكترال نشان داد قانون تواني -5/3 كلموگراف در زيردامنه اينرسي برقرار بوده و با تغييرات شيب و نسبت ظرافت در بازه 3.08-2.47 همچنان در مقاطع اندازه‌گيري شده برقرار است. وجود نقطه عطف در حوالي تاج پوشش نيمرخ سرعت را به دو ناحيه دنباله و ناحيه لگاريتمي در پايين‌دست پوشش‌ها تقسيم كرده كه با افزايش شيب اين شكل نيمرخ در فاصله كمتري به شكل كاملا لگاريتمي تبديل مي‌شود. نسبت انسداد كم پوشش‌ها (حدود 55 درصد) و عبور جريان از كنار پوشش‌ها موجب شكل‌گيري گردابه‌هاي وون‌كارمن‌ در پايين‌دست پوشش‌هاي گياهي شده است. آناليز كوادرانت نشان داد افزايش شيب موجب تمايل نقاط نزديك بستر براي تغيير از رويداد جرقه به جاروب شده است، همچنين افزايش شيب و به تبع آن افزايش نسبت ظرافت به صورت عمومي موجب افزايش شدت رويداد‌هاي كوادرانت در پايين‌دست پوشش‌ها شده است. بررسي تخمين ضريب دراگ نشان داد با افزايش نسبت ظرافت ضريب دراگ كاهش مي‌يابد. همچنين عواملي از قبيل وجود پوشش، تغييرات شيب، عدد فرود؛ عدد رينولدز و پارامتر شيلدز بر تخمين ضريب دراگ موثر هستند.

1401/08/25

Influence of aspect ratio in estimating drag coefficient under favorable pressure gradient with scatter distribution of vegetation patch over gravel-bed channel

10/19/2023 12:00:00 AM

پوشش گياهي بستر , رودخانه شني , مقاومت جريان , ضريب دراگ , نسبت ظرافت

reza malekian

hossein afzalimehr