بررسی عددی میدان سه‌بعدی جریان پیرامون آبشکن‌های رودخانه‌ای در حالت قرارگیری گروهی

نوع مقاله : پژوهشی کاربردی

نویسندگان

فریبا گلچین ¹

نازیلا کاردان ²

مهدی دینی ¹

¹ دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران.

² دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ایران

https://doi.org/10.22067/jwsd.v12i3.2504-1417

چکیده

احداث سازه‌هایی مانند آب‌شکن اگرچه به کنترل فرسایش کمک می‌کند، اما ممکن است به دلیل ایجاد ساختارهای موضعی جریان، پیامدهای ناخواسته‌ای به همراه داشته باشد. این ساختارها شامل انبساط و انقباض ناگهانی در مقطع عبور جریان هستند که می‌توانند منجر به شکل‌گیری جریان رو به پایین و برخورد آن به بستر آبراهه در بالادست آب‌شکن شوند. این برخورد، لایه‌های برشی و آشفتگی‌های ناشی از آن را ایجاد می‌کند که می‌تواند به فرسایش موضعی و تهدید پایداری خود سازه آب‌شکن منجر شود. ازاین‌رو، بررسی قرارگیری آب‌شکن‌ها در مجاورت یکدیگر تحت شرایط هیدرولیکی مختلف، به بهبود طراحی این سازه‌ها کمک شایانی می‌کند. این پژوهش به بررسی سه‌بعدی میدان جریان پیرامون آب‌شکن‌های رودخانه‌ای در حالت قرارگیری گروهی با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت پرداخته و تأثیر فاصله قرارگیری آب‌شکن‌ها بر رفتار هیدرولیکی جریان را مورد ارزیابی قرار داده است. نتایج نشان داد با افزایش فاصله بین آب‌شکن‌ها، طول گردابه‌ها به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. به‌طور میانگین، تنش برشی بستر در نسبت فاصله L_i/L_AP برابر ۵ به 0/6 نیوتن بر مترمربع و در نسبت فاصله ۷ به 0/13 نیوتن بر مترمربع کاهش یافت. همچنین در نسبت فاصله ۴ و در سرعت‌های جریان 0/345، 0/7 و 1/20 متر بر ثانیه، بیشینه تنش برشی بستر به ترتیب برابر 0/6، 2/6 و 7 نیوتن بر مترمربع به‌دست آمد که نشان‌دهنده تأثیر مستقیم سرعت جریان بر شدت پدیده‌های فرسایشی بستر است. کاهش تنش برشی بستر بیانگر آن است که با افزایش فاصله بین آب‌شکن‌ها، اثرات متقابل گردابه‌ها و تشدید تنش‌های برشی در بستر به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

آبشکن

الگوی جریان

مدل عددی

تنش برشی بستر

نرم افزار فلوئنت

موضوعات

• انتقال آب و سازه های آبی

---

مراجع

اسمعیلی، پدرام، بوداقپور، سیامک، رستمی، محمد، و میرزایی، مهدی. (1399). مطالعه آزمایشگاهی مؤلفه‌های طولی سرعت پیرامون آب‏شکن‌های سری ساده. نشریه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب ایران، 11(42)، 60-74. doi: 10.22125/iwe.2020.120721

اعزی، سودابه، خانجانی، محمد جواد، و کرمانی، محمد. (1397). شبیه ‏سازی دوبعدی الگوی جریان و تغییرات بستر در آبراهه ‏های مستقیم و پیچانرودی تحت تأثیر سازه آب‏شکن. نشریه علمی آبیاری و زهکشی ایران، 12(4)، 970-981.

تیموری یگانه، مریم. (1401). شبیه ‏سازی دوبعدی الگوی جریان در اطراف آب‏شکن با استفاده از مدل عددی­SRH-2D. نشریه آب و توسعه ی پایدار، 9(1)، 127-134. https://doi.org/10.22067/jwsd.v9i1.2110.1092

صفرزاده، اکبر. (1389). مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان آشفته حول آب‏شکن با شکل‏های مختلف دماغه. رساله دکتری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

کاردان، نازیلا، حکیم زاده، حبیب و حسن زاده، یوسف. (1392). شبیه‌سازی عددی سه‌بعدی پارامترهای هیدرودینامیکی اطراف پایه استوانه‌ای با استفاده از مدل‌های آشفتگی مختلف. علوم و مهندسی آبیاری، 37(4)، 39-54. Dor: 1001.1.25885952.1393.37.4.4.8

کشاورز، محمد حسین و حکیم زاده، حبیب. (1387). شبیه ‏سازی عددی سه‌بعدی الگوی جریان و گردابه ‏ها اطراف آب‏شکن‏های L شکل نفوذناپذیر در پنج زاویه مختلف از نیمه اول قوس نیم دایره. یازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران. دانشگاه ارومیه، ارومیه.

Ahmad, M. (1953). Experiments on design and behavior of spur dikes. Proceedings of the international hydraulics convention. University of Minnesota. Minneapolis, USA.

Çengel, Yunus A. (2018). Fluid mechanics: fundamentals and applications. John M. Cimbala (Fourth Ed.). New York, NY. ISBN 978-1-259-69653-4. OCLC 958355753.

Chen, F. Y., & Ikeda, S. (1997). Horizontal separation in shallow open channels with spur dikes. Journal of Hydroscience and Hydraulic Engineering, 15(2), 15-30.

Ghodsian, M., & Vaghefi, M. (2009). Experimental study on scour and flow field in a scour hole around a T-shape spur dike in a 90° bend. International Journal of Sediment Research, 24(2), 145-158. https://doi.org/10.1016/S1001-6279(09)60022-6

Holtz, K. P. (1991). Numerical simulation of recirculating flow at groynes. Journal of computer Methods in Water Resources, 2(2), 463- 477.

Li, G., Sui, J., Dziedzic, M., & Ali, F. (2026). Local scour around submerged spur dikes under ice-covered conditions: experimental and numerical investigation. Cold Regions Science and Technology, 241, 104695. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2025.104695

Kumar, T., Tyagi, L. D., & Kumar, M. (2018). Comparison of scour around different shapes of groynes in open channel. International Journal of Recent Trends in Engineering and Research, 4(3), 382-392. https://doi.org/10.18280/mmep.090515

Lee, K. S., & Jang, C. L. (2016). Numerical investigation of space effects of serial spur dikes on flow and bed changes by using Nays2D. Journal of Korea Water Resources Association, 49(3), 241-252. https://doi.org/10.3741/JKWRA.2016.49.3.241

Ohtsuki, K., Kono, T., Arikawa, T., Taniwaki, H., & Itsukushima, R. (2024). Spur Dike Applications for the Sustainability of Channels in Incised Steep Bend Streams. Water, 16(4), 575. https://doi.org/10.3390/w16040575

Patel, H. K., & Kumar, B. (2024). Optimal spur dike orientation for scour mitigation under downward seepage conditions. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 27(3), 386-397. https://doi.org/10.2478/johh-2024-0019

Rodi, W. (1993). On the simulation of turbulent flow past bluff bodies. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 46-47, 3-19.

Tarek, M., Imran, J., & Chaudhry, H. (2004). Numerical modeling of three dimensional flow field around circular piers. Journal of Hydraulic Engineering, 130(2), 91-100.

https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(2004)130:2(91)

Vaghefi, M., Ghodsian, M., & Akbari, M. (2017). Experimental investigation on 3D flow around a single T shaped spur dike in a bend. Period. Polytech. Civil Engineering, 61(3), 462-470. https://doi.org/10.3311/PPci.7999

Xiufang, Z., Pingyi M., & Chengyu, Y. (2012). Experimental study on flow turbulence distribution around a spur dike with different structure. Procedia Engineering, 28(5), 772-775. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.807

Yazdi, j., Sarkardeh, H., Azamathulla, H., & Ghani, A. (2010). 3D simulation of flow around a single spur dike with free-surface flow. International Journal of River Basin Management, 8(1), 55-62. https://doi.org/10.1080/15715121003715107