33299

اثر تغيير اندازه رسوب بر مشخصات جريان در قوسها

كارشناسي ارشد

سواحل ؛بنادر و سازه هاي دريايي

1398

1403/11/03

دكتر حسين افضلي مهر

دكتر حسين افضلي مهر

عمران

مسير رودخانهها اغلب بصورت قوسي است و كمتر بصورت مستقيم مشاهده مي شوند.بررسي مشخصات هيدروليكي جريان آشفته در قوس ها با بستر هاي شني و قلوه سنگي در رودخانه ها از اهميت قابل توجهي برخوردار بوده است. در اين تحقيق براي دو بستر شني و قلوه سنگي پارامترهاي گوناگون هيدروليكي در طول يك كانال قوس دار شبيهسازي شده با قوس طبيعي در رودخانه دريوك در نزديكي لاريجان مازندران مورد بررسي قرار مي گيرد كه مي تواند به شناخت بهتر تغييرات دانه بندي در شرابط كنترل شده در آزمايشگاه كمك قابل توجهي نمايد. پايان نامه حاضر در آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه علم وصنعت انجام شده است كه در آن با تغيير شن به قلوه سنگ، داده برداري سرعت و مولفه هاي آشفتگي مورد بررسي قرار مي گيرد. براي داده برداري از دستگاه با فركانس نمونه گيري 200 هرتز و زمان برداشت دو دقيقه در هر نقطه استفاده شده و ADV نتايج به دست آمده از تحليل داده ها در چهار مقطع كانال درعمق 13 سانتي متر انجام شده است. در كل در هر مقطع 2 آزمايش (يكي بر روي بستر شني وديگري برروي بستر قلوه سنگ)و در هر مقطع در سه نقطه ديوار بيروني،ديوار داخلي و وسط كانال اندازه گيري انجام گرفته است(در كل 24 آزمايش صورت گرفته.) نتايج نشان مي دهد كه پارامتر هاي هيدروليكي (سرعت جريان،شدت آشفتگي،انرژي جنبشي آشفتگي،تنش برشي و ضريب پسا )تحت تاثير اندازه قطر ذره و موقعيت برداشت داده ها در طول و عرض قوس بوده و از روند هاي كلاسيك در مراجع پيروي نمي كنند. تغييرات سرعت در بسترهاي شني، بيشترودر بسترهاي قلوهسنگي، به دليل زبري بيشتر و مقاومت بالا در برابر جريان، سرعت كاهش مييابد. شدت آشفتگي با افزايش زبري (در بستر قلوهسنگي)، افزايش مييابد.اين آشفتگي تأثير زيادي بر توزيع سرعت در مقطع دارد. افزايش زبري باعث افزايش نوسانات سرعت و در نتيجه افزايش انرژي جنبشي آشفتگي ميشود.در بستر قلوهسنگي، به دليل برآمدگيهاي بيشتر، ميزان تنش برشي موضعي افزايش مييابد.توزيع تنش برشي نيز در طول قوس به شدت تغيير ميكند. ضريب پسا 1 در يك مكان خاص از بازه قوس و بدون در نظر گرفتن تغيير اندازه رسوب شن يا قلوه سنگ تصويري غير واقعي به برنامه ريزان ارايه مي نمايد كه علاوه بر چالش در مديريت پروژه ها، هزينه قابل توجهي را بر آنها اعمال خواهدكرد. همچنين تغييرات ضريب پسا 0 و رينولدز كمتر از / با عدد فرود و عدد رينولدز روندي كاهشي را بويژه در عدد فرود كمتر از 1 7000 نشان مي دهد. در بسترهاي درشتتر، ناحيه لگاريتمي سرعت در عمق بالاتري از بستر ظاهر ميشود.انحراف از قانون لگاريتمي در حضور قلوهسنگها بيشتر ديده ميشود. تغييرات ضريب پسا در مقادير نشان مي دهد كه محاسبه پارامتر هاي هيدروليكي مي بايست نه بصورت يك مقدار موضعي در يك مقطع خاص بلكه بصورت يك دامنه مقادير تابع قطر ذره و موقعيت مكان اندازه گيري در قوس باشد. پيامد محاسبات موضعي سرعت جريان و ويژگي هاي جريان آشفته در قوس منجر به برآورد بهتري از سرعت برشي و ضريب پسا خواهد شد. نتايج اين تحقيق مي تواند بطور موثري براي طراحان در مطالعات قوس ها مورد توجه قرار گيرد..

1404/02/07

The effect of sediment size change on the flow characteristics in a meanders

1/1/1900 12:00:00 AM

River paths are often curved rather than straight, and studying the hydraulic characteristics of turbulent flow in bends with sandy and gravel beds is of significant importance in river engineering. This research investigates various hydraulic parameters for sandy and gravel beds along a laboratory channel bend, which was designed based on a natural bend of the Daryook River near Larijan in Mazandaran province. The study aims to improve understanding of sediment size variation effects under controlled laboratory conditions. The experiments were conducted at the Hydraulic Laboratory of Iran University of Science and Technology. In these tests, the flow velocity and turbulence components were measured by replacing the sandy bed with a gravel one. Data were collected using an ADV (Acoustic Doppler Velocimeter) at a sampling frequency of 200 Hz for two minutes at each point. Measurements were performed at a depth of 13 cm in four crosssections of the channel. In total, 24 experiments were conducted—two for each section (one with a sandy bed and one with a gravel bed), and at three points across each section: the outer wall, the inner wall, and the centerline. The results indicate that hydraulic parameters such as flow velocity, turbulence intensity, turbulent kinetic energy, shear stress, and drag coefficient are significantly affected by particle size and data collection location across the bend. The flow velocity tends to be higher on sandy beds and decreases on gravel beds due to increased roughness and resistance. Turbulence intensity increases with roughness (as in gravel beds), strongly influencing the velocity distribution. The elevated roughness also increases velocity fluctuations, leading to higher turbulent kinetic energy. Shear stress is higher in gravel beds due to more pronounced bed protrusions, with noticeable variation along the bend. The drag coefficient, if assessed at a single location without considering sediment size variation, can provide a misleading representation to planners and lead to increased project costs. Furthermore, drag coefficient trends downward with decreasing Froude number (particularly below 0.1) and Reynolds number (below 7000). In coarser beds, the logarithmic velocity region appears at higher elevations above the bed, and deviation from the classical logarithmic law is more prominent in the presence of gravel. These variations suggest that hydraulic parameters should not be considered as localized, fixed values in a single section, but rather as a range dependent on particle size and measurement location along the bend. Accurately estimating local flow velocity and turbulent characteristics in bends leads to better prediction of shear velocity and drag coefficient. The findings of this study can be effectively utilized by designers in the analysis of river bends

بستر هاي شني و قلوه سنگي , قوس طبيعي , سرعت سه بعدي , تنش برشي , ضريب پسا

sandy and gravel beds , natural bend , three-dimensional velocity , shear stress , turbulence intensity , drag coefficient

nader darban

Dr. Hossein Afzalimehr