آزمایشگاهی تاثیر بستر متحرک بر خصوصیات جریان غلیظ غیرابقایی در پیچانرودها

فصلنامه علمی مهندسی منابع آب

دوره 14، شماره 51، بهمن 1400، صفحه 58-71   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.30495/wej.2022.25483.2255

نویسندگان

مرضیه محمدی قناتغستانی^{* 1}؛ مهدی قمشی²

¹دانش‌آموخته دکتری سازه های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

²استاد سازه های آبی ، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

تاریخ دریافت: 29 تیر 1399،  تاریخ بازنگری: 07 آذر 1399،  تاریخ پذیرش: 29 دی 1400 

چکیده

مقدمه: اصولاًٌٌ جریان غلیظ یا چگال یک جریان دو فازی است که در اثر حرکت یک سیال درون سیال دیگر با چگالی متفاوت بوجود می­آید. جریان­های دو فازی با توجه به سرعت جریان می­توانند به چهار نوع جریان همگن، شبه همگن‌، ناهمگن و لایه­بندی شده تقسیم­بندی شوند. در جریان­های لایه­بندی شده، جریان بصورت دو لایه کاملاً‌ مشخص وجود دارد.
روش­: آزمایشات این تحقیق بصورت جریان­های لایه­بندی شده در آزمایشگاه مدل­های فیزیکی و هیدرولیکی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهیدچمران اهواز انجام شده­اند. برای انجام آزمایشات این تحقیق فلومی با بسترفرسایشی از جنس پلی استیلن به طول کلی 5/8 متر، عمق 70 سانتیمتر، عرض 20 سانتیمتر و شیب کف 001/0 شامل سه قوس متوالی90 درجه به شعاع انحنای 40، 80 و 120 سانتیمتر ساخته شد.
یافته­ها: نتایج نشان داد در پروفیل­های سرعت بدنه جریان نرخ افزایش سرعت به ازای افزایش غلظت، به تغییرات فرم بستر وابسته است. در نتیجه باعث کاهش سرعت بدنه جریان تا حدود 19 درصد خواهند شد. سرعت پیشانی افزایش یافته است و تا جایی این افزایش سرعت ادامه یافته است که تنش برشی ذرات بستر قادر به تشکیل فرم بستر باشد. در تمامی آزمایشات، ارتفاع جریان غلیظ در دیواره بیرونی بیشتر از دیواره داخلی قوس است و با افزایش شعاع قوس اختلاف ارتفاع کاهش می­یابد. در این حالت سرعت عرضی کاهش و سرعت در راستای مستقیم افزایش پیدا می­کند و این امر در کاهش شیب سطح آب و اختلاف ارتفاع نقش به سزایی را ایفا می­کند. از این رو اختلاف تراز سطح آب در قوس سوم بسیار ناچیز می­باشد.
نتیجه­گیری: در تمامی مقاطع ارتفاع جریان در قوس خارجی بیشتر از قوس داخلی می­باشد. قوس اول با شعاع انحنا 2 بیشترین اختلاف ارتفاع و قوس سوم با انحنا نسبی 6 کمترین اختلاف ارتفاع را داراست. با توجه به رابطه ارائه شده برای محاسبه اختلاف تراز آّب در جدار داخلی و بیرونی قوس بر روی بستر فرسایش­پذیر مشخص می­گردد که تأثیر زبری نسبی نقش تعیین­کننده­ای در تعیین اختلاف ارتفاع جداره بیرونی و جداره داخلی ایفا می­کند.

کلیدواژه‌ها

اختلاف تراز آّب؛ بستر فرسایشی؛ پروفیل سرعت؛ شعاع انحنا؛ جریان غلیظ

عنوان مقاله [English]

Experimental Study of Mobile Bed Influence on Density Current Behavior in Submarines

نویسندگان [English]

marzieh mohamadi ghanatghestani¹؛ mehdi ghomeshi²

¹Ph.D. of Water Structure, College of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

²Prof. of Hydraulic Structures, College of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran

چکیده [English]

Basically, dense flow is a two-phase flow that occurs due to the movement of a fluid in a different fluid of different densities. Laboratory research has been carried out on physical and hydraulic models of the Faculty of Engineering Sciences of Shahid Chamran University of Ahwaz. Flume contains three successive bends with three different relative curvature radiuses: r/b=2, 4 and 6, 8.5 m length, 20cm width and 70cm height and a mobile bed type of Polyastailen cover the bed. The results show, increasing the concentration of the inlet current, the flow velocity of the body flow increases on a mobile bed. The rate of increase in velocity depends on changes in the form of the bed the flow rate of the body will be reduced to about 19%. The velocity of the forehead has increased in the conditions of the mobile bed by forming the form of the bed. Also the elevation of the interface at the outer bank is in every case greater than the one at the inner bank. Due to increasing the relative curvature radius decreases elevation of the interface and transverse interfacial slopes. The maximum and minimum super elevations occur in r/b =2 and6, respectively. the transverse velocity decreases and the velocity increases in direct direction, which plays a significant role in reducing the slope of the water surface and the difference in height. Hence, the difference between the level of water in the third arc is very small.

کلیدواژه‌ها [English]

Density Current, Mobile Bed, Relative of Radius of Curvature, Super Elevation, Velocity Profile

مراجع

1. Ellison, T.H. and J.S. Turner, 1959. Turbulent entrainment in stratified flows. Journal of Fluid Mechanics, 6(3): 423–448.
2. Mohammad hossein Omid, A.R.H., 1387. Fluvial Processes. Tehran University.[In Persian].
3. Julien, P.Y. and J. Tuzson, 2003. River Mechanics. Appl. Mech. Rev., 56(2): B30–B31.
4. Beirami, M.K., 1382. Water Conveyance Structures. Isfahan University of Technology. [In Persian].
5. Sharifnezhad, a., S.M. Kashefipour and M. GHOMESHI, 2019. Experimental Analysis on the Water Entrainment of Turbidity Current over a Mobile Bed. Journal of Water and Soil Science, 23(1): 279–291.
6. Nicholson, M. and M.R. Flynn, 2015. Gravity current flow over sinusoidal topography in a two-layer ambient. Physics of Fluids, 27(9): 096603.
7. Xu, J.P., O.E. Sequeiros and M.A. Noble, 2014. Sediment concentrations, flow conditions, and downstream evolution of two turbidity currents, Monterey Canyon, USA. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 89: 11–34.
8. Chamoun, S., G. De Cesare and A.J. Schleiss, 2017. Management of turbidity current venting in reservoirs under different bed slopes. Journal of Environmental Management, 204: 519–530.
9. Weill, P., E. Lajeunesse, O. Devauchelle, F. Métiver, A. Limare, B. Chauveau and D. Mouazé, 2014. Experimental investigation on self-channelized erosive gravity currents. Journal of Sedimentary Research, 84(6): 487–498.
10. Wang, Z., J. Xia, S. Deng, J. Zhang and T. Li, 2017. One-dimensional morphodynamic model coupling open-channel flow and turbidity current in reservoir. 68–79.
11. Koller, D., R. Manica, A. De Oliveira Borges and J. Fedele, 2019. Experimental bedforms by saline density currents. Brazilian Journal of Geology, 49(2).
12. Moossavi-Hekmati, M.R. and M. Najafi, 2018. Lateral growth of three-dimensional turbidity current for supercritical initial conditions. Tehnicki Vjesnik, 25(3): 727–737.
13. Salinas, J.S., M.I. Cantero, M. Shringarpure and S. Balachandar, 2019. Properties of the Body of a Turbidity Current at Near‐Normal Conditions: 1. Effect of Bed Slope. Journal of Geophysical Research: Oceans, 124(11): 7989–8016.
14. Sequeiros, O.E., B. Spinewine, R.T. Beaubouef, T. Sun, M.H. García and G. Parker, 2010. Characteristics of velocity and excess density profiles of saline underflows and turbidity currents flowing over a mobile bed. Journal of Hydraulic Engineering, 136(7): 412–433.
15. Abad, J.D., O.E. Sequeiros, B. Spinewine, C. Pirmez, M.H. Garcia and G. Parker, 2011. Secondary current of saline underflow in a highly meandering channel: Experiments and theory. Journal of Sedimentary Research, 81(11–12): 787–813.
16. Xu, J.P., 2010. Normalized velocity profiles of field-measured turbidity currents. Geology, 38(6): 563–566.
17. Sequeiros, O.E., 2012. Estimating turbidity current conditions from channel morphology: A Froude number approach. Journal of Geophysical Research: Oceans, 117(C4):.
18. Rastello, M., C. Ancey, F. Ousset, R. Magnard and E.J. Hopfinger, 2002. An experimental study of particle-driven gravity currents on steep slopes with entrainment of particles. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2(3/4): 181–185.
19. Chow, ven te, 1959. open-channel hydraulics. McGraw-Hill New York.