شبیه‌سازی الگوی جریان اطراف گروه ‌پایه کج با استفاده از مدل عددی FLOW-3D

آب و خاک

مقاله 1، دوره 30، شماره 6 - شماره پیاپی 50، بهمن 1395، صفحه 1860-1873   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jsw.v30i6.47112

نویسندگان

ملیحه سادات جعفری¹؛ سید علی ایوب زاده^{* 1}؛ مهدی اسمعیلی ورکی²؛ محمد رستمی³

¹دانشگاه تربیت مدرس

²دانشگاه گیلان

³استادیار پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی

چکیده

یکی از مسائل مهم در طراحی پل‌ها، آگاهی از اندرکنش جریان و بستر فرسایش‌پذیر رودخانه با پایه‌های آن و برآورد مناسب عمق آبشستگی پیرامون پایه‌ها می‌باشد. از این رو شناخت الگوی جریان اطراف پایه‌های پل می‌تواند نقش مهمی در پیش‌بینی مقدار عمق آبشستگی داشته باشد. در تحقیق حاضر رفتار هیدرودینامیکی جریان اطراف گروه پایه کج مستقر بر روی پی، با استفاده از مدل عددی FLOW-3D مورد بررسی قرار گرفت. گروه پایه کج مورد بررسی در این تحقیق شامل دو پایه مستطیلی شکل به طول و عرض 5/2 و 5/3 سانتی‌متر بود که با زاویه 28 درجه بر روی پی مستطیلی به طول و عرض 16 و 10 سانتی‌متر و در ترازهای کارگذاری مختلف بالاتر از بستر، هم‌تراز بستر و زیر بستر کار گذاشته شده بود، نصب گردید. به منظور صحت‌سنجی مدل عددی از داده‌های سرعت برداشت شده به روش پردازش تصویر استفاده شد. بررسی نتایج نشان داد که رقوم کارگذاری پی تأثیر معنی‌داری بر مشخصات هیدرودینامیکی و الگوی جریان در اطراف پایه‌های پل دارد. با افزایش ارتفاع کارگذاری پی از 1- به 5/0 گردابه‌های تشکیل شده در پایین‌دست گروه‌پایه شدت بیشتری یافت که مطابقت مناسبی با نتایج الگوی آبشستگی آزمایشگاهی در اطراف گروه‌ پایه در هر سه تراز قرارگیری دارد. بیشترین تنش برشی در حالت کارگذاری پی در تراز بستر رخ داده و با کاهش ارتفاع کارگذاری به شرایط پایین‌تر از بستر بیشینه تنش برشی وارد بر بستر 17 درصد کاهش و در شرایط کارگذاری بالاتر از بستر، 53 درصد کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

الگوی جریان؛ رقوم کارگذاری پی؛ روش پردازش تصویر؛ گروه‌پایه کج؛ مدل ریاضی FLOW-3D

مراجع

1- Ataie-Ashtiani B., Baratian-Ghorghi Z., and Beheshti A. 2010. Experimental Investigation of Clear-Water Local Scour of Compound Piers. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE. 136(6). 343-351.

2- Breusers H. N. C., and Raudkivi A. J. 1991. Scouring. A. A. Balkema Rotterdam, Brookfield.143pp.

3- Dashtpeyma H. 2013. Investigation numerical flow pattern around the piers of dual bridge. Master thesis. Sharif University of Technology. Civil Faculty. (In Persian with English abstract).

4- Dargahi B. 1990. “Controlling Mechanism of Local Scouring“, Journal of Hydraulic Engineering. ASCE. 116(10), 1197-1214.

5- Esmailivaraki M., Mosapoor S., and Hatamjafari M. 2014. Investigation laboratory Influence factors geometric and hydraulic characteristics of scour around the inclined bridge group pier with foundation. Magazine Research Water Iran. Seventh year, thirteenth Number. (141-151). (In Persian)

6- Hasanzadeh Y., Hakimzadeh H., and Ayyari Sh. 2012. Investigation forms the pier of the bridge on the flow pattern around it using software Fluent. Iran Water Resources Research. Seventh year. Fourth Number. (In Persian with English abstract).

7- Jafari M. 2014. Simulation of Scouring around Inclined Bridge Group Pier Using Software Flow-3D and Physical Model. Master thesis. Tarbiat Modarres University. Faculty of Agriculture. (In Persian with English abstract).

8- Jones J. S., Kilgore R. T., and Misitichelli M. P. 1992. Effect of footing location on bridge pier scour. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 118(2).280-290.

9- Khosroaghai M. 2012. Development A Measuring Method For 2-D Flow Velocity and Vertical Distribution of Turbulent Shear Stress using Image Processing and Particle Tracking Velocimetry Algorithm. Master thesis. Tarbiat Modarres University. Faculty of Agriculture. (In Persian with English abstract).

10- Lu J.Y., Shi Z.Z., Hong Z.H., Lee J.J., and Raikar R.V. 2011. Temporal Variation of Scour Depth at Nonuniform Cylindrical Piers. J. Hydr. Engin. ASCE. 137(1).45-56.

11- Melville B. W., and Raudkivi A. J. 1996. Effect of foundation geometry on bridge pier scour, Journal of Hydraulic Engineering. 122(4):203-209.

12- Melville B.W., and Chiew Y.M. 1999. Time scale for local scour depth at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.125, No.1, pp.59-65.

13- Melville B.W., and Sutherland A.J. 1988. Design method for local scour at bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 114(10), pp. 1210-1226.

14- Rostami F. 2007. Numerical study of subcritical and supercritical flow from the lake Dam to the spillway shut leading up to the hydraulic jump stilling basin. Master thesis. K.N.Toosi University of Technology. Civil Faculty. (In Persian with English abstract).

15- Raudkivi A.J., and Ettema R. 1983. Clear-water scour at cylindrical piers. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 109(3), pp. 339-350.

16- Salaheldin T.M., Imran J., and Chaudhry M.H. 2004. Numerical modeling of three-dimensional flow field around circular piers. Journal of hydraulic engineering, A.S.C.E., 130(2), pp. 91-100.

17- Tseng M., Yen C.L., and Song C.C.S. 2000. Computation of three-dimensional flowaround square and circular piers. International Journal for Numerical Method inFluids, Vol. 34, pp.207-227.

18- Vittal N., Kothyari U. C., and Haghighat M. 1994. Clear-water scour around bridge pier group. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE. 120(11):1309-13.