27977

بررسي تاثير قرارگيري كنده در مسير جريان بر سرعت و انرژي جنبشي آشفتگي جريان

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1399

1401/06/30

جناب آقاي دكتر افضلي مهر

مهندسي عمران

چوب بخش جدايي ناپذير از اكوسيستم رودخانه است و تعداد پروژه هاي ساماندهي با استفاده از قرار دادن كنده ها در حال افزايش است. الوار و مواد چوبي در مهندسي رودخانه براي كاهش سرعت كانال، تأثيرگذاري بر رسوب يا فرسايش رسوبات بستر يا محافظت از زيرساخت ها استفاده مي شود و به عنوان يك جايگزين سازگارتر با محيط زيست در نظر گرفته مي شود. آزمايش هاي مدل فيزيكي براي بررسي چگونگي تاثير موقعيت چوب و سطح غوطه وري بر ساختار آشفتگي و سرعت صورت مي پذيرد. در اين تحقيق با قرار دادن كنده هاي چوبي در مسير جريان، تغييرات سرعت و انرژي جنبشي آشفتگي و تاثيرات قرار گيري كنده چوبي در زواياي متفاوت در مركز كانال و جدار كانال بر خصوصيات جريان بررسي خواهد شد. نتايج تحقيق نشان مي دهد كه سرعت در بعد از قرار گيري كنده در همه پروفيل هاي طولي جريان كاهش مي يابد، در حاليكه، انرژي جنبشي آشفتگي با افزايش همراه است. به طوريكه براي كنده هاي با درجه استغراق كمتر از 1.5، جريان فاصله 10 برابر طول كنده از ابتدا محل قرار گيري كنده را بايد طي كند تا به سرعت قبل از قرارگيري كنده برسد. ولي با افزايش درجه استغراق اين فاصله نصف شده و تقريبا برابر با 5 برابر طول كنده مي شود. همچنين آزمايشات نشان مي دهند كه حداقل سرعت براي كنده مستغرق 1.5 برابر بزرگتر از كنده هاي غير مستغرق با طول مشابه است و مي توان مشاهده كرد كه با تغيير قطر كنده ها، با كاهش درجه استغراق، سرعت حداقل كاهش پيدا مي كند. در ادامه نشان داده مي شود كه درجه غوطه وري كنده بر موقعيت و اندازه پيك آشفتگي تاثير مي گذارد. به طوريكه، آشفتگي در برخاستگي كنده مستغرق ضعيف تر از كنده غير مستغرق است. و همچنين با افزايش درجه استغراق، جريان آشفتگي هاي كمتري را تجربه خواهد كرد. در ادامه كنده هاي با درجه غوطه وري هاي كوچك و همچنين كنده هايي كه با زاويه نسبت به جريان قرار گرفتند يك مورد تركيبي با دو پيك در آشفتگي رخ مي دهد. به طوريكه اولين پيك آشفتگي در طول تقريبا 1.5 برابر قطر كنده و دومين پيك آشفتگي در فاصله برابر با 2.5 برابر طول كنده از ايتدا محل قرار گيري كنده ها رخ مي دهد. و براي كنده هاي با درجه استغراق بالاتر از 1.5، پيك انرژي جنبشي آشفتگي دقيقا در پايين دست كنده رخ مي دهد. در ادامه نتايج نشان داد، كنده هاي قرار گرفته در جدار كانال در مقايسه با كنده هاي مركزي، يك ناحيه و طول برخاستگي بلند تر و چرخشي مشخص تر ايجاد مي كنند. طول بلند تر ناحيه چرخشي مي تواند، فرايند هاي ته نشيني را ارتقا بخشد. هم چنين، براي كنده هاي قرار گرفته در جداره، مكان انرژي جنبشي آشفتگي مشابه با مكان مشاهده شده براي كنده هاي مركزي است. در حاليكه، كنده كناري آشفتگي ضعيف تري ايجاد مي كند. اين نتايج نشان مي دهد كه يك برخاستگي كنده كه با كاهش سرعت همراه است، ناحيه با ته نشيني بالا ايجاد كند، كه رسوبگذاري را افزايش مي دهد. كه ما با تبديل شرايط آزمايشگاهي به شرايط ميداني نشان داديم كه رسوب بستر در نظر گرفته شده در اين آزمايش در شرايط ميداني در برخاستگي ناشي از قرار گيري كنده در مسير جريان، با توجه به اينكه نسبت سرعت برشي به سرعت برشي بحراني در بازه 0.7 تا 3 قرار دارد، ته نشين خواهد شد. و از طرفي ديگر اين برخاستگي، محلي را براي به دام افتادن ذرات ريز، مانند مواد آلي و مغذي، كه منجر به تقويت رشد گياهان مي شود، را فراهم مي كند و همچنين در ادامه اشاره مي شود كه تغييرات در اندازه كنده و درجه غوطه وري مي تواند به عنوان ابزاري براي تغيير مناسب زيستگاه براي ماهيان استفاده شود. از اينرو براي كنترل فرسايش و رسوبگذاري و به حداكثر رساندن تنوع زيستگاه در رودخانه، قراردهي چوب هاي بزرگ در مسير جريان پيشنهاد مي شود.

1401/12/03

Impacts of log placement in flow on the velocity and turbulence kinetic energy

9/21/2023 12:00:00 AM

Wood is an integral part of the river ecosystem, and the number of management projects using log placement is increasing. Logs are used in river engineering to reduce channel velocity, affect sedimentation, and bed sediment erosion, protect infrastructure, and are considered a more environmentally friendly alternative. Physical model experiments are conducted to investigate how the wood position and submergence level affect the turbulence structure and velocity. In this research, by placing wooden logs in the flow path, changes in velocity and turbulence kinetic energy and the effects of placing wooden logs at different angles in the center of the channel and the channel wall on the flow characteristics will be investigated. The research results show that the velocity decreases after the log is placed in all the flow's longitudinal profiles while the turbulence's kinetic energy increases. So that for logs with submergence degree less than 1.5, the flow must travel a distance of 10 times the length of the log from the beginning of the location of the log to reach the speed before the log was placed. But with the increase in the submergence degree, this distance is cut in half and is almost equal to 5 times the length. Experiments also show that the minimum speed for a submerged log is 1.5 times greater than emergent logs of the same length. It can be seen that the minimum velocity decreases with the change in the diameters of the logs as the submergence degree decreases. The following shows that the log submergence degree affects the position and size of the turbulence peak. So, the turbulence in the rise of the submerged log is weaker than that of the emergent log. And also, with the increase of submergence degree, the flow will experience less turbulence. the logs with small submergence degrees and those placed at an angle to the flow, a mixed case with two peaks in turbulence occurs. So that the first turbulence peak occurs approximately 1.5 times the diameter of the log, and the second turbulence peak occurs at a distance equal to 2.5 times the length of the log from the location of the logs. And for logs with a submergence degree higher than 1.5, the peak of the kinetic energy of turbulence occurs strictly downstream of the log.

كنده , چوب , ساماندهي رودخانه , جريان , زيستگاه

Neda Izanloo

Dr.Hossein Afzalimehr