بررسی عددی تاثیر سازه حفاظتی در آبشستگی ناشی از شکست سد با استفاده از مدل لاگرانژی دو فازی

الموضوعات :

علی پریزاده ¹ (دانشجوی دوره دکتری سواحل، بنادر و سازه‌های دریایی، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.)
حسن اکبری ² (دانشیار سواحل، بنادر و سازه‌های دریایی، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران.)

تاريخ الإرسال : 23 الأربعاء , ربيع الثاني, 1439 تاريخ التأكيد : 24 الأربعاء , محرم, 1443 تاريخ الإصدار : 24 السبت , ذو الحجة, 1443

الکلمات المفتاحية: آبشستگی, رسوب, شکست سد, هیدرودینامیک ذرات هموار, دوفازه,

ملخص المقالة :

چکیده
مقدمه: جریان های سریع بعد از شکست سد و آبشستگی متناظر با آن از مسائل مهمی است که برای شبیه سازی مناسب آن باید از مدل های چند فازی استفاده کرد. در سالهای اخیر روش جدید لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار بعنوان روش بدون شبکه ایده آل برای این کاربرد معرفی شده است.
روش­: در مقاله حاضر با استفاده از این روش عددی و اصلاح آن برای جریانات چندفازی، آبشستگی رسوب کف بعد از شکست سد مدل‌سازی شده است. در ابتدا، نتایج روش عددی حاضر با مطالعات آزمایشگاهی مرتبط مقایسه و صحت سنجی شده و سپس تاثیر شرایط هندسی سازه محافظ در میزان آبشستگی مورد مطالعه قرار گرفته است. در این راستا، چندین مدلسازی برای شرایط مختلف طول کف صلب و همچنین ارتفاع مانع انتهایی به عنوان پارامترهای اصلی، انجام شد.
یافته ­ها: بر اساس نتایج به دست آمده، مدل مورد استفاده توانمدی مدل سازی شرایط پیچیده آبشستگی ناشی از جریانات متلاطم را دارد و به عنوان نتیجه کاربردی، مشاهده گردید که تاثیر افزایش طول سازه حفاظتی، کم تر از تاثیر افزایش ارتفاع آن است. همچنین ارتفاع بهینه ای برای عملکرد مطلوب سازه حفاظتی وجود دارد بگونه ای که افزایش بیش از حد ارتفاع حتی می تواند منجر به افزایش آبشستگی نسبت به شرایط اولیه گردد.
نتیجه­ گیری: اگرچه استفاده از سازه حفاظتی می تواند علاوه بر جلوگیری از خوردگی پای کف صلب، عمق آبشستگی را نیز کاهش دهد، تعیین ارتفاع بهینه آن اهمیت شایانی در عملکرد مطلوب این نوع سازه ها دارد.

المصادر:

References

1. Monaghan JJ. 1994. Simulating Free Surface Flows with SPH. J. Comput. Phys. 110 (2): 399–406.


2. Monaghan JJ and RA Gingold. Smoothed particle hydrodynamic: theory and application to non-spherical stars. Mon. Not. R. Astron. Soc. 181: 375–389.


3. Gomez-Gesteira M, Rogers BD, Dalrymple RA, Crespo AJ. 2010. State-of-the-art of classical SPH for free-surface flows. J. Hydraulic Res. 48 (S1): 6–27.


4. Vacondio R, Rogers BD, Stansby PK, Mignosa P. 2012. SPH modeling of shallow flow with open boundaries for practical flood simulation. J. Hydraulic Eng.-Asce. 138 (6): 530–541.


5. Dalrymple RA, Rogers BD. 2006. Numerical modeling of water waves with the SPH method. Coastal Eng. 53 (2–3): 141–147.


6. Bui HH, Sako K, Fukagawa R. 2007. Numerical simulation of soil–water inter- action using smoothed particle hydrodynamics (SPH) method. J. Terramech. 44 (5), 339–346.


7. Hosseini S, Manzari M, Hannani S. 2007. A fully explicit three-step SPH algorithm for simulation of non-Newtonian fluid flow. Int. J. Numer. Meth. Heat Flu. Flo. 17 (7): 715–735.


8. Ran Q, Tong J, Shao S, Fu X, Xu Y. 2015. Incompressible SPH scour model for movable bed dam break flows. Adv. Water Res. 82: 39–50.


9. Shakibaeinia A, Jin YC. 2011. A mesh-free particle model for simulation of mobile-bed dam break. Adv. Water Res. 34 (6): 794–807.


10. Manenti S, Sibilla S, Gallati M, Agate G, Guandalini R. 2012. SPH simulation of sediment flushing induced by a rapid water flow. J. Hydraul. Eng. 138 (3): 272–284.


11. Ulrich C, Leonardi M, Rung T. 2013. Multi-physics SPH simulation of complex marine-engineering hydrodynamic problems. Ocean Eng. 64 (0): 109–121.


12. -Fourtakas G, Rogers BD. 2016. Modelling multi-phase liquid-sediment scour and resuspension induced by rapid flows using Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) accelerated with a Graphics Processing Unit (GPU). Adv. in Water Res. 92: 186–199.


13. Crespo AJC, Dominguez JM, Barreiro A, Gómez-Gesteira M, and Rogers BD. 2015. DualSPHysics: open-source parallel CFD solver based on Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH). Comput. Phys. Commun. 187: 204–216.


14. Razavi Tousi SL, Ayubzadeh SA, Walizadeh A. 2014. Two-dimensional simulation of water flow and sediment in dam failure phenomenon using smooth particle hydrodynamic method (SPH). Omran Modares. 2(15):23-35. [In Persian].


15. Shao S, Lo EYM. 2003. Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface resources. Adv. in water. 26:787-800