بررسی آزمایشگاهی اثر آرایش و شکل موانع پایه اسکله بر خصوصیات امواج عرضی

محورهای موضوعی : Marine structures

مهشاد همت پور ¹ , امیر عباس کمانبدست ² , فاطمه فرازمند ³

1 -
2 -
3 -

تاریخ دریافت : 1397/01/22 تاریخ پذیرش : 1397/03/28 تاریخ انتشار : 1397/03/11

کلید واژه: امواج عرضی, دامنه موج, گردابه, تراکم موانع, نوسان جریان,

چکیده مقاله :

بر اثر جریان سیالات پیرامون مجموعه ای از موانع با مقاطع مختلف که در مسیر جریان قرار گرفته اند و در نتیجه همپوشانی لایه های برشی و ورتکس ناشی از جدایی خطوط جریان، امواج عمود بر جریان تشکیل می شود. امواج عمود بر جریان از نوع نوسانی ایستا، عرضی و خطی هستند. در این تحقیق تاثیر شکل موانع پایه اسکله بر امواج عرضی عمود بر جریان، با ساخت موانع در فلوم آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. موانع مسیر جریان، موانع چوبی به چهار شکل مقطع متفاوت در دو آرایش موازی و زیگزاگ که بر روی یک ورق فلزی روی کف فلوم نصب شده اند، بود. با تغییر دادن شرایط هیدرولیکی جریان، در پنج دبی مختلف، موج با شرایط متفاوت در فلوم آزمایشگاهی تشکیل شد. در حالت تشدید امواج، رابطه مستقیمی بین طول موج امواج و آرایش موانع آزمایشگاهی داشتند. در این تحقیق فرکانس امواج عمود بر جریان، در آرایش های غیر موازی و زیگزاگی موانع مقایسه شده است. آرایش زیگزاگ موانع به دلیل پوشانندگی بالاتر از همه بهتر بود و شکل مثلث با وجود اغتشاش بیشتر در بین پایه ها بیشترین تولید 15∆h/l"> را دارا است. با افزایش دبی اندازه ی در آرایش زیگزاگ پایه ها کمتر می شود. تاثیرآرایش زیگزاگی پایه ها بیشتر از آرایش در حالت موازی است. شکل مقطع مثلث در بین مقاطع دیگر بیشترین مقدار و بدترین نتیجه را داشته است. در تمام آزمایشات ایجاد شده در قوس بیرونی بیشتر از قوس داخلی است ولذا لازم است از آرایشی با پوشش بیشتر مانند زیگزاگی استفاده شود.

چکیده انگلیسی:

بر اثر جریان سیالات پیرامون مجموعه­ای از موانع با مقاطع مختلف که در مسیر جریان قرار گرفته­اند و در نتیجه همپوشانی لایه­های برشی و ورتکس ناشی از جدایی خطوط جریان، امواج عمود بر جریان تشکیل می­شود. امواج عمود بر جریان از نوع نوسانی ایستا، عرضی و خطی هستند. در این تحقیق تاثیر شکل موانع پایه اسکله بر امواج عرضی عمود بر جریان، با ساخت موانع در فلوم آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. موانع مسیر جریان، موانع چوبی به چهار شکل مقطع متفاوت در دو آرایش موازی و زیگزاگ که بر روی یک ورق فلزی روی کف فلوم نصب شده­اند، بود. با تغییر دادن شرایط هیدرولیکی جریان، در پنج دبی مختلف، موج با شرایط متفاوت در فلوم آزمایشگاهی تشکیل  شد. در حالت تشدید امواج، رابطه مستقیمی بین طول موج امواج و آرایش موانع آزمایشگاهی داشتند. در این تحقیق فرکانس امواج عمود بر جریان، در آرایش­های غیر موازی و زیگزاگی موانع مقایسه شده است. آرایش زیگزاگ موانع به دلیل پوشانندگی بالاتر از همه بهتر بود و شکل مثلث با وجود اغتشاش بیشتر در بین پایه­ها بیشترین تولید 15∆h/l">  را دارا است.با افزایش دبی اندازه ی در آرایش زیگزاگ پایه ها کمتر می شود.تاثیرآرایش زیگزاگی پایه ها بیشتر از آرایش در حالت موازی است.شکل مقطع مثلث در بین مقاطع دیگر بیشترین مقدار  و بدترین نتیجه را داشته است.در تمام آزمایشات ایجاد شده در قوس بیرونی بیشتر از قوس داخلی است ولذا لازم است از آرایشی با پوشش بیشتر مانند زیگزاگی استفاده شود.  

منابع و مأخذ:

پورمحمدی، م. (1393). بررسی آزمایشگاهی امواج عمود برجریان ناشی ازکشش ورتکس پشت موانع منشوری شکل درکانال­های روباز. پایان نامه دکتری سازه­های آبی،  چاپ نشده، دانشگاه شهید چمران اهواز.

مسجدی، ع. ر. (1389). مبانی و کاربرد مدلهای فیزیکی- هیدرولیکی. انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز.

مصطفوی، س.، قمشی، م. و  شاهمرادی، ب.( 1395). بررسی بیشترین دامنه ی نسبی موج ایجاد شده ناشی از موانع مثلثی در حالت مستغرق. علوم و مهندسی آبیاری، دوره 39، شماره 3، ص.215-209.

ملاباشی، م. (1389). ارتعاشات و امواج، چاپ ششم (ترجمه)،  انتشارات دانشگاه علم و صنعت ایران.

Aboutorabi, A., Ghomeshi, M. and Kamanbedast, A. A. (2010). Experimental Investigation of Height Preventing Structures for Vertical Wave against Flow in Open channels. World Applied Sciences Journal, 9, pp:1067-1074.

Azizi, R. and Ghomeshi, M.. (2010). Relationship between the frequency of transverse waves and characteristics of the flow and obstacles in open channels. Iran-Water Resources Research, 6(2), pp: 14-16.

Behara, S. and Mittal, S. (2010). Flow past a circular cylinder at low reynolds number: Oblique vortex shedding. Physics of Fluid, 22(5), pp:101-113. doi:10.1063/1.3410925.

Blevins, R. D. (1977). Flow-induced vibrations.Van Nostrand Reinhold, London,   Toronto, Melbourne.

Bourdier, S., and Chaplin, G.R., (2012).  Vortex-induced vibrations of a rigid cylinder on elastic supports with end STOPS. Journal of Fluids and structures,  29, pp:62-68.

Carmoa, B.S., Sherwina, S. J.,  Bearmana, P. W. and Willdenb, R.H.J., (2011). Flow-Induced vibration of a circular cylindersubjected to wake interference at low Reynolds number. Journal of Fluids and Structures,  27( 4),  pp: 503-522.

Cohen, B., Wei, T. and Krane, M. (2006). Experimental study of the flow-induced vibration of a flexible duct, American Physical Society. 59th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Dynamics, November 19-21, pp:123-132.

Dean, G. D., and Dalrymple, R. A., (1984). Water wave mechanics for engineers and scientists. World Scientific, London.

Etienne, S. and Pelletier, D. (2012). The low Reynolds number limit of vortex-induced  vibrations. Journal of Fluids and Structures, 31, pp: 18-29.

Euler, T. and  Herget, J. (2011). Controls on local scour and deposition induced by obstacles in fluvial environments. Catena, 91, pp:35-46.

Ghomeshi, M., Mortazavi Dorcheh, S. A. and Falconer R. (2007a). Amplitude of wave formation by vortex shedding in open channels. Journal of Applied Sciences, 7(24): pp: 3927-3934.

Ghomeshi, M., Mortazavi-Dorcheh, S.A. and Falconer, R., (2007b). Wave Formation by Vortex Shedding in Open Channel. Journal of Applied Sciences, 7 (24), pp. 3927-3934.

Huera-Huarte, F. J. and Gharib, M. (2011). Flow-induced vibrations of a side-by-side arrangement of twoflexible circular cylinders. Journal of Fluids and Structures, pp: 354-366.

Jafari, A., Ghomeshi, M., Bina, M. and Kashefipour, S.M., (2010a). Comparing of ten modes of oscillation occurring across the open channels. Proceedings of IAHR-APD Congress, The University of Auckland, New Zealand.

Jafari, A., Ghomeshi, M., Bina, M. and Kashefipour, S.M., (2010b). Experimental study on ten modes of transverse waves due to vertical cylinders in open channels. Journal of Food, Agriculture & Environment, 8(2), pp: 949-955.

Kiua, K. Y., Stappenbelta, B. and Thiagarajan, K. P., (2011). Effectsof uniform surface roughness on vortex-induced vibration of towed vertical cylinders. Journal of sound and vibration, 330(20), pp:4753-4763.

Lienhard, J. H. (1966). Synopsis of lift, drag and vortex frequency data for rigid circular cylinders. Washington State University, College of Engineering, Research Division Bulletin 300.

Nakagawa, T. (1987). Vortex shedding behind a square cylider in transonic flows. Joural of Fluid mechanics, 178, pp:303-323. 

Neary, V. S., (1992). Flow structure at on open channel diversion. MS thesis, Civil and Environmental Engineering, University of lowa City, lowa.

Neary, V. S. and odgaard, A. J.  (1993). Three Dimensional Flow Structure at Open Channel Diversions. Journal of Hidraulic Engineering, ASCE, 119(11), pp: 1223-1230.

Nysi, H., and Kamanbedast, A. A. (2014). Experimental investigation of vertical simple plates for controlling waves in bridge piers in river band. Advances in Environmental Biology, pp: 133-139.

Roshko, A. (1961). Experiments on the flow past a circular cylinder at very high Reynolds number. Journal of Fluid Mechanics., 10(3), pp: 345–356.

Stone, B. M. (1997). Hydraulics of flow in vegetated channels. M.Sc. Thesis, Department of Civil and environmental. Engineering, Clarkson University, Postdam, New York, USA.

Stone, B. M. and Shen, H.T. (1999). Hydraulics of flow in vegetated channel with cylindrical roughness. Journal of Hydraulic Engineering, 128(5), pp:500-506..

Zima, L. and Ackermann, N. (2002). Wave generation in open channels by vortex shedding from channel obstructions. Journal of Hydraulic Engineering, 128(6): pp:596–603.