مقایسه آزمایشگاهی تغییرات تراز آب، تنش برشی رینولدزی و سرعت جریان برداشت شده با استفاده از ADV و PIV پیرامون پایه‌های پل کامل و تخریبی در هنگام تشکیل موج مثبت در کانال‌های شیبدار و افقی
محورهای موضوعی : مقالات برگرفته از پایان نامه
احسان اویسی
1
(دانش‌آموخته دکتری مهندسی و مدیریت منابع آب، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران)
امید طیاری
2
(استادیار سازه های هیدرولیکی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران)
نوید جلال کمالی
3
(استادیار منابع آب، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرمان، کرمان، ایران)
کلید واژه: پایه پل, مدل آزمایشگاهی, موج مثبت, Particle Image Velocimetry, Acoustic Doppler velocimetry,
چکیده مقاله :
مقدمه: وجود امواج مثبت می‌تواند باعث تخریب کناره‌ها، آبشستگی در کف و آسیب به سازه‌های موجود در مسیر مانند پایه پل‌ها گردد. از سویی دیگر، بقایای به جا مانده از تخریب پایه پل‌ها و نخاله‌ها در مسیر جریان موثر بر تغییرات سرعت و نوسانات سطح جریان ناشی از این امواج بوده که نیاز به مطالعه دقیق دارد.
روش: در این پژوهش، به بررسی آزمایشگاهی تاثیر وجود پایه‌های پل به صورت کامل و تخریبی در تغییرات الگوی جریان به هنگام ایجاد موج مثبت در کانال‌های شیبدار و افقی پرداخته شده است. بدین منظور برای برداشت داده‌های سه بعدی سرعت جریان از دستگاه سرعت‌سنج ADV استفاده شده است. ضمنا دستگاه سرعت‌سنج PIV نیز در مقایسه با نتایج داده‌های ADV مورد استفاده واقع شده است. برای اندازه‌گیری عمق جریان نیز عمق‌سنجی با چهار probe مجزا در کانال افقی و شیبدار به کار رفته است.
یافتهها: نتایج حاصل، بیانگر تشکیل موج نوسانی در کانال افقی و موج نوسانی و شکننده در کانال شیبدار می‌باشد. در کانال شیبدار، بیشینه افزایش سرعت مربوط به استقرار دو پایه بوده که 34.93 درصد نسبت به همین حالت در کانال افقی افزایش داشته است. ضمن اینکه تغییرات تراز متوسط آب در اثر شیبدار شدن کانال در حالت‌های بدون المان، المان تخریبی، کامل و ترکیبی به ترتیب برابر با: 31.66، 32.70، 29.88 و 27.40 درصد می‌باشد. علاوه بر این، مقادیر تنش برشی رینولدزی نیز در کانال شیبدار، 7.6، 3.57، 1.38 و 1.68 برابر کانال افقی محاسبه شده است.
نتیجهگیری: موج مثبت ایجاد شده در کانال افقی در کل طول کانال از نوع موج نوسانی بوده اما در حالتی که کانال شیبدار می‌باشد، این موج نوسانی در فاصله 1.5 متری تا رسیدن به ابتدای کانال، به صورت موج شکننده تغییر وضعیت می‌دهد. به همین دلیل تمهیدات لازم برای پیشگیری از خرابی‌های احتمالی در کانال‌های شیبدار توسط مهندسین هیدرولیک باید در نظر گرفته شود تا آسیب‌های احتمالی در این کانال‌ها به حداقل کاهش یابند.
The presence of positive surges can cause bank destruction, bed scouring, and damages to structures such as bridge piers installed on the path. On the other hand, the remains and bridge pier destruction waste on the path affect velocity variations and flow surface fluctuations resulting from these surges and require careful investigations. This study comprises an experimental analysis of the effect of present damaged and undamaged bridge piers on flow pattern variations during the generation of positive surges in sloped and horizontal channels. To this aim, ADV was utilized to help collect three-dimensional flow velocity data. Moreover, PIV was used to help make a comparison with ADV data results. Four distinct probes were incorporated for bathymetry in the horizontal and the sloped channels. The obtained results were indicative of non-breaking undular surges generated in the horizontal channel and non-breaking and breaking undular surges formed in the sloped channel. In the sloped channel, the maximum velocity increase occurred with installation of two piers, which showed a 34.39% increase compared to that under the same conditions in the horizontal channel. Furthermore, the average water level variations due to the slope of the channel in cases without an element, with a damaged element, with an undamaged element, and with a combination of damaged and undamaged elements were respectively equal to 31.66, 32.70, 29.88, and 27.40%. In addition, the Reynolds shear stress values were also calculated in the sloped channel to be 7.6, 3.57, 1.38, and 1.68 times those in the horizontal channel.
