فرایندهای فیزیکی، وابسته به پارامترهای مختلف می‌باشد که در زبان ریاضی با معادله مخصوص به خود مدل می‌شوند. از آنجایی که حل برخی از معادلات دیفرانسیل جزئی غیرخطی، چنان دشوار است که به دست آوردن جواب تحلیلی آن‌ها مگر در شرایط خاص امکان‌پذیر نمی‌باشد، این‌گونه معادلات را می‌توان با روش‌های عددی حل نمود. معادله مورد نظر در این تحقیق، معادله برگر در حالت دو بعدی غیرخطی وابسته به زمان است که پدیده سرعت سقوط ذره درون سیال راکد یا نزدیک به سکون مانند آب رسوب دار پشت یک سد را مدل می‌کند. در این تحقیق برای حل معادله برگر دو بعدی ابتدا این معادله با استفاده از روش تفاضل محدود کاملاً ضمنی که یک روش پایدار غیرشرطی است گسسته سازی شده و سپس برنامه نویسی شد. همچنین دقت نتایج حل معادله با روش عددی دیگر (روش المان محدود) مقایسه شده است که دلالت بر همخوانی روش ساده‌تر تفاضل محدود نسبت به روش پیچیده‌تر المان محدود دارد. نتایج عددی برای لزجت ها و زمان‌های متفاوت به دست آمده و نقش آن‌ها در سرعت سقوط ذره مورد بررسی پارامتریک قرار گرفته است. به‌طور کلی نتایج نشان داد که با افزایش لزجت و زمان، سرعت سقوط ذره کاهش می‌یابد. با افزایش زمان، مکان هندسی سرعت های ماکزیمم در جهت عمقی به کف بستر و در جهت طولی به سمت انتهای طول نزدیک‌تر شدند. همچنین سرعت عمقی منفی (جریان رو به بالا) به‌خصوص در لبه‌های نزدیک بستر مشاهده شد که نشان‌دهنده‌ی معلق بودن ذرات در بعضی از مکان ها و زمان ها می باشد. Manuscript profile

هدف اصلی این تحقیق حل عددی معادله­ی برگر تعمیم یافته در شرایط مرزی و اولیه­ی مناسب با استفاده از روش تفاضل محدود، و مقایسه­ی نتایج به دست آمده با جوابهای موجود در مقالات دیگر می باشد. این معادله­ی در حالت بی بعد مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حل عددی با کاربرد تفاضل محدود با دستاوردهای روشLattice Boltzmann  مقایسه شد، که نمودارها و جداول مربوطه ارائه گردید، این مقایسه را توصیف می نمایند. همچنین، در این مقاله، به بررسی تاثیر فراسنجهای زمان، گرانروی و توان سرعت ته نشینی (در معادله­ی برگر) بر سرعت ته نشینی مواد معلق، پرداخته شد. نتایج نشان دادند که با افزایش فراسنجهای زمان و گرانروی، از بیشترین سرعت ته نشینی کاسته شده، و محل رخداد بیشترین سرعت ته نشینی به سمت انتهای بازه­ی مورد مطالعه انتقال می‌یابد. علاوه بر این، نتایج بیانگر آنند که با 100 برابر شدن فراسنج گرانروی، سرعت سقوط ذرات در نقطه­ی اوج حدود 60 درصد کاهش می یابد. تجزیه و تحلیل نتایج از مطالب ارائه شده در این مقاله می باشد Manuscript profile

نرم‌افزار Flow-3D یکی از ابزار پویایی سیالات محاسباتی می‌باشد که برای حل معادلات ناویراستوکس در حالات مختلف برای تعیین الگوی جریان طراحی شده است. یکی از انواع جریانهای پیچیده، که از گذشته تاکنون بسیار مورد توجه بوده، جریان پیرامون آبشکن می‌باشد. علاوه بر آن، اگر این سازه در قوس قرار گیرد، تعیین مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان به مراتب پیچیده‌تر می‌گردد. با توجه به سختی انجام آزمایشها در حالات مختلف، و با در نظر گرفتن فراسنجهای متفاوت موثر در تعیین الگوی جریان، نقش نرم‌افزارهای عددی، از جمله Flow-3D ، بیشتر نمایان می‌شود. در این مقاله، با توجه به داده‌های آزمایشگاهی موجود در مورد آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب، به بررسی مؤلفه‌های سه بعدی سرعت خروجی از نرم‌افزار Flow-3D، و مقایسه­ی آنها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شده است. مؤلفه‌های سه‌بعدی سرعت در مقاطع مختلف طولی، عرضی و مسطحه مقایسه، و مقدار متوسط خطای داده‌های عددی در حالات مختلف محاسبه شدند. بیشترین مقدار متوسط خطای مشاهده‌شده بین شبیه عددی و آزمایشگاهی مربوط به داده‌های سرعت عمقی جریان در مقطع عرضی بوده، که این خطا برابر با 17 درصد می‌باشد. همچنین، مقادیر متوسط خطای اندازه‌گیری شده مربوط به سرعتهای طولی و عرضی جریان نیز به ترتیب برابر با 6 و 10 درصد می‌باشد. بطور کلی، نتایج به دست آمده حاصل از مقایسه‌های صورت گرفته بیانگر تطابق مناسب بین شبیه عددی Flow-3D و داده‌های آزمایشگاهی می‌باشند و این به معنای توانایی بالای این نرم‌افزار در شبیه‌سازی الگوی جریان پیرامون سازه‌های آبی موجود در قوس رودخانه نظیر آبشکن است. Manuscript profile

آبشکنها سازه هایی می باشند که بطور عرضی در کرانه­ی رودخانه به منظور حفاظت ساحل خارجی در مسیرهای مستقیم و قوسی استفاده می شوند. با استفاده از آبشکنها می توان به حفاظت از سواحل خارجی رودخانه­ها، و انحراف سرعتهای بیشینه از ناحیه­ی قرارگیری آبشکن پرداخت. علاوه بر ویژگیهای آبشکن، ویژگیهای هندسی نهر مورد مطالعه نیز برالگوی جریان و آبشستگی بستر تأثیر گذار می باشند که موضوع مورد مطالعه در این تحقیق است. در این مطالعه به بررسی آبشستگی و الگوی جریان در نهر قوسی شکل با تغییر در نسبت شعاع میانگین قوس به عرض نهر (/B) از 2 تا 5، که در محدوده­ی قوسها از ملایم تا تند می باشد، پرداخته شده است. در این مطالعه از SSIIM-1، که یکی از نرم افزارهای قدرتمند در زمینه­ی مهندسی آب و رسوب می باشد، بهره گرفته شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش نسبت شعاع قوس به عرض نهر عمق بیشینه­ی چاله­ی آبشستگی افزایش می یابد. خطوط جریان در نیمرخ های طولی و عرضی بررسی گردیده و نیمرخ های بی بعد بستر در مقطع افقی و نیمرخ های طولی و عرضی بستر با نتایج آزمایشگاهی واقفی مقایسه شده اند. نتایج نشان دادند که تطابق خوبی بین نمونه­ی آزمایشگاهی واقفی و شبیه سازی عددی با نرم افزار SSIIM وجود دارد. Manuscript profile

بطور کلی، آبشکنها برای حفاظت از سواحل رودخانه‌ها به‌کار می‌روند. این سازه‌ها  نیز اجرای اهداف مهمی مانند حفاظت از سواحل رودخانه‌ها، تغییرات خط القعر آنها، رسوبگذاری و فرسایش در طول رودخانه‌ها، مسائل زیست‌محیطی و غیره را بر عهده دارند. در این تحقیق به بررسی الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل در قوس 90 درجه با بستر صلب در شرایط تغییر شعاع انحنای قوس و هندسه‌ی ثابت آبشکن (l/L=1) و بده‌ی ثابت 25 لیتر بر ثانیه در موقعیت 45 درجه پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش شعاع انحنایی قوس، ابعاد گردابه در پایین‌دست آبشکن کاهش می‌یابند؛ بطوری‌که با افزایش شعاع مرکزی قوس به 3 برابر عرض نهر، طول گردابه به اندازه‌ی 3 برابر طول آبشکن و عرض گردابه به میزان برابر با 9/0 برابر طول آبشکن، کاهش می‌یابد. بحث پیرامون نقش شعاع انحنا و تجزیه و تحلیل نتایج از موارد مطرح شده در این تحقیق می‌باشند. Manuscript profile