33296

بررسي مقايسه‌اي توزيع سرعت و مشخصات آشفتگي در يك خم طبيعي با پوشش گياهي مستغرق انعطاف‌پذير و ‌انعطاف‌نا‌پذير

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- مهندسي و مديريت منابع آب

1401

1403/11/3

حسين افضلي‌مهر

/

پرديس دانشگاهي - مهندسي عمران

هدف اين پايان نامه بررسي و مطالعه تأثير پوشش گياهي ني مستغرق انعطاف‌پذير و انعطاف‌ناپذير در مركز، ديوار هاي داخلي و خارجي يك كانال خم 90 درجه طبيعي بازسازي شده در آزمايشگاه با بستر شني و شيب ثابت بستر بر توزيع سرعت ، توزيع تنش برشي ، شدت آشفتگي، درجه‌آشفتگي، TKE و ضريب پسا مي باشد. اين پژوهش در آزمايشگاه هيدروليك دانشگاه علم و صنعت ايران و در يك كانال خم طبيعي بازسازي شده در آزمايشگاه با بستر بتني به طول 8 متر، پوشيده شده با بستر شني به ارتفاع 5 سانتي‌متر و قطر ميانه ذرات 15.1 ميلي متر و نسبت عرض به عمق جريان (نسبت ظرافت) متفاوت انجام مي شود. براي بررسي اثر پوشش گياهي در خم بر جريان از ني‌هاي پلاستيكي مستغرق انعطاف‌پذير و انعطاف‌نا‌پذير در برابر جريان آشفته زيربحراني، به ارتفاع 4 سانتي‌متر از سطح بستر و روي بستر شني با شيب 2 درصد استفاده شد. در جريان‌هاي آشفته، نوسانات سرعت در سه جهت مختلف منجر به ايجاد تغييرات ديناميكي قابل‌توجهي مي‌شود. به‌منظور بررسي و تحليل اين آشفتگي، سه پارامتر كليدي شامل شدت آشفتگي، درجه آشفتگي و TKE، از داده‌هاي سرعت سنج آكوستيك-داپلر (ADV) در سه بعد استفاده شد. شدت و درجه آشفتگي نشان مي‌دهند كه جريان تا چه حد ناپايدار بوده و چگونه نيروهاي آشفته بر حركت سيال تأثير مي‌گذارند. TKE به‌عنوان شاخصي از انرژي موجود در نوسانات آشفته، نشان‌دهنده توانايي جريان در حمل رسوبات و تغيير مورفولوژي بستر است. مقدار بالاي آن مي‌تواند منجر به افزايش فرسايش و تغييرات موضعي بستر شود. آزمايش‌ها شامل سه حالت متفاوت بودند: حالت اول در بستر بدون پوشش گياهي، و دو حالت پوشش گياهي انعطاف‌پذير و انعطاف‌ناپذير، كه با عمق جريان 13 سانتي متر انجام گرفت. همچنين در هر حالت 9 پروفيل داده برداري و در هر پروفيل 18 سرعت نقطه‌اي برداشت شده‌است. در اين مطالعه، پارامترهايي مانند سرعت، تنش برشي رينولدز، شدت آشفتگي، درجه آشفتگي، انرژي جنبشي آشفتگي و ضريب پسا اندازه‌گيري، محاسبه و تحليل شدند. نتايج نشان دادند كه سرعت بيشينه در شرايط بدون پوشش گياهي، به ترتيب در زاويه 45 درجه خم، نزديكي ديوار داخلي و سپس در نزديكي ديوار خارجي در امتداد خم رخ مي‌دهد. با حضور پوشش گياهي انعطاف‌ناپذير در خم، بيشينه سرعت در دو طول كمتري از ورودي، در محور مركزي كانال و سپس در نزديكي خم داخلي مشاهده مي‌گردد. براي حالت انعطاف‌پذير نيز، در آغاز، در نزديكي خم داخلي و سپس مركز كانال و در انتهاي خم دوباره در نزديكي ديوار داخلي به وقوع مي‌پيوندد. حضور پوشش گياهي باعث افزايش شدت آشفتگي و انرژي جنبشي آشفتگي مي‌گردد. درجه آشفتگي در حضور پوشش گياهي انعطاف‌پذير 8.71 درصد، و انعطاف‌ناپذير 1 درصد نسبت به بستر شاهد افزايش داشته‌است. همچنين پوشش گياهي باعث افزايش بيش از 60 درصدي نسبت به بستر بدون پوشش گياهي مي‌شود.

1404/02/07

Comparative investigation of velocity and turbulence features in natural meander using flexible and non-flexible vegetation

1/1/1900 12:00:00 AM

Natural channels and rivers rarely follow a straight path, often exhibiting meandering shapes. Due to the natural meanders that shape the river channels, understanding the flow characteristics is essential. Additionally, the presence of vegetation in the bed and banks of rivers and its interaction with the bends has a significant impact on the ecosystem and flow structure, as it alters the flow pattern and the distribution of hydraulic parameters. Moreover, the flow passing through open meandering channels, due to secondary and rotational flows, changes the water surface and flow pattern compared to straight channels, affecting flow characteristics such as velocity distribution and turbulence components, and influencing downstream flow as well. This research was conducted in the Hydraulic Laboratory at the Iran University of Science and Technology, in a curved channel with a concrete bed, 8 meters long, covered with sandy bed and a median particle diameter of 15.1, and varying aspect ratios (width-to-depth ratios). The aim of this study is to analyze the impact of submerged flexible and rigid reeds vegetation on the internal and external walls of a reconstructed natural meandering channel with a sandy bed and fixed slope on velocity distribution, turbulence, and drag coefficient. To investigate the effect of vegetation on the flow in the bend, submerged flexible and rigid plastic reeds, 4 cm in height, were used over the sandy bed with a 2% slope. To examine turbulent flow structures, three-dimensional Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) velocity data were employed. The experiments consisted of three series: one series with a bare bed and two series with flexible and rigid vegetation, with a flow depth of 13 cm. Parameters such as velocity, Reynolds shear stress, turbulence intensity, turbulence degree, TKE, and drag coefficient were measured, calculated, and analyzed. The results showed that the maximum velocity in the bare bed condition occurred at sections 1, 2, and 3 in the middle of the bend, near the inner bend, and near the outer bend, respectively. With the presence of rigid vegetation, the maximum velocity was observed in the middle of the channel in the first two sections and near the inner bend in the third section. For the flexible vegetation case, the maximum velocity occurred first near the inner bend, then in the middle of the channel, and finally again near the inner bend at the end of the curve. The presence of vegetation increased the turbulence intensity, with the maximum observed near the bed. The highest drag coefficient for the bare bed was found in section 2 and the center of the bend, while for the vegetated bed, it was observed near the outer bend. In other parts of the bend, flexible vegetation increased the drag coefficient, while rigid vegetation decreased it.

پوشش گياهي ني مستغرق انعطاف‌پذير و انعطاف‌نا‌پذير , بستر شني , تنش رينولدز , كانال با خم طبيعي , ضريب پسا , شدت آشفتگي

Submerged flexible and rigid reed vegetation , sandy bed , Reynolds stress , meandering channel , drag coefficient , turbulence intensity

Mersede Alizade

Dr. Hossein Afzalimehr