چکیده
در این مقاله به بررسی عددی تاثیر پارامتر طول بال آبشکن T شکل بر الگوی جریان در قوس ۹۰ درجه با بستر صلب و شعاع انحنای نسبی R/B=2 به کمک نرم افزار FLOW-3D پرداخته شده است. به منظور بررسی اثر طول بال بر الگوی جریان از پنج آبشکن با طول جان ثابت و طول بال مختلف ۰)، ۲۵، ۵۰، ۷۵و ۱۰۰ درصد طول آبشکن ) در موقعیت ۴۵ درجه قوس استفاده شده است. تغییرات الگوی جریان شامل جریانهای طولی، تغییرات سرعت در مقاطع عرضی مختلف کانال و همچنین تغییرات طول و عرض گردابه در پایین دست با استفاده از مدل عددی FLOW-3D محاسبه شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که با افزایش طول بال آبشکن، طول گردابه ایجاد شده در پایین دست کاهش می یابد.

واژه های کلیدی: آبشکن T شکل، طول بال ،الگوی جریان، قوس تند ، مدل عددی FLOW-3D

مقدمه

حفاظت رودخانه در برابر فرسایش و تخریب ناشی از جریان آب با استفاده از آبشکنها از جمله روشهای متداول در مهندسی رودخانه تلقی می شود. این سازه ها در سواحل دریا و نیز در رودخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این سازه ها به لحاظ ساختار سازه ای ساده و قابلیت سازگاری با شرایط متنوع دارای کاربرد وسیعی در طرح های ساماندهی و بویژه اقدامات تثبیت و پایدارسازی کناره ها می باشند. از این رو بررسی و شناخت فرآیند فرسایش و رسوبگذاری در محدوده آبشکن ها از جنبه های مختلف طراحی، حفاظت و نگهداری دارای اهمیت فراوانی است. از دیدگاه کمی، فرسایش و رسوبگذاری تابع عوامل مختلفی است که از آن جمله می توان به نوع آبشکن، ساختار سازه ای و هندسی، میزان حمل رسوب توسط آب و اهداف مهندسی اشاره نمود. برای تعیین فاصله و طول آبشکن ها، جهت نسبت به خط ساحلی و بطور کلی بسیاری از مشخصه های فنی مستلزم توجه به الگوی جریان ایجاد شده در محدوده آبشکن می باشد. با توجه به اثرات مهم و تعیین کننده آبشکن بر روی الگوی جریان، لزوم بررسی مدل عددی الگوی جریان در اطراف آبشکنها آشکار می گردد.

در این تحقیق به بررسی تأثیر پارامتر طول بال آبشکن T شکل بر الگوی جریان در قوس ۹۰ درجه با شعاع انحنای R/B=2 با استفاده ار مدل عددی FLOW-3D پرداخته شده اشت. در این راستا در چند دهه گذشته محققان زیادی به بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی های عددی عوامل متعدد تاثیر گذار بر این سازه پرداختند که از جمله آن، احمد در سال ۱۹۵۱ آزمایشاتی را در ارتباط با آبشکن منفرد با زاویایی مختلف ۳۰) درجه تا ۱۵۰ درجه ) نسبت به بالادست در فلوم مستقیم به منظور بررسی الگوی جریان و آبشستگی انجام داده است .(Ahmad, 1951 ) گیل در سال۱۹۷۲ با تغییر شعاع انحنای قوس عمق جریان و قطر ذرات در کانال مستقیم و قوسی شکل نشان داد که فاصله بین آبشکنها وابستگی زیادی به شعاع انحنای قوس دارد. در مسیرهای قوسی شکل حدود یک تا دو برابر طول آبشکن خواهد بود .)Gill, 1972) تینگسانچالی و همکاران در

۱

سال ۱۹۹۰ الگوی جریان و تنش برشی حول آبشکن را در کانال مستقیم و با بستر صلب، به صورت عددی مورد بررسی قرار دادند. آنها برای بررسی صحت نتایج، اطلاعات خروجی از نرم افزار خود را با دادههای آزمایشگاهی راجاراتنا و همکارانش مقایسه نمودند ( Tingsanchali et .(al, 1990 کوهنل و همکاران در سال ۱۹۹۹ با انجام آزمایشهایی دریافتند که نسبت تنگ شدگی و عمق جریان رابطه قطعی با حجم گودال آبشستگی اطراف آبشکن دارند .( Kuhnle et al, 1999) گیری و همکاران در سال ۲۰۰۴ به صورت آزمایشگاهی و عددی به اندازه گیری سرعت و تغییر دادن موقعیت آبشکن ها به تاثیر آن روی میدان جریان اطراف آبشکن بسته در کانال قوسی پرداختند .(Giri et al, 2004) فرقانی و همکاران در سال ۲۰۰۷ به مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های مستقیم و مستقر در قوس ۹۰ درجه اقدام نمودند .(Forghani et al, 2007) قدسیان و واقفی در سال ۲۰۰۹ به مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن T شکل مستقر در قوس ۹۰ درجه پرداختند و همچنین سعی در برقراری ارتباط بین الگوی جریان و آبشستگی نمودند .(Ghodsian and Vaghefi , 2007) موسوی نائینی و همکاران در سال ۲۰۱۰ به جریان ثانویه در کانال قوسی با آبشکن T شکل پرداختند .(Mousavi Naeini et al, 2010) ناجی ابهری و همکاران در سال ۱۳۸۸ به مطالعه آزمایشگاهی و عددی الگوی جریان حول آبشکن در قوس ۹۰ درجه با بستر صلب در شرایط تغییر موقعیت آبشکن در طول کانال و هندسه ثابت آبشکن اقدام نمودند (ناجی ابهری و همکاران، .(۱۳۸۸ عباسپور و همکاران به بررسی اثر نسبت استغراق برروی آبشکنهای T شکل مستقر در قوس ۹۰ درجه بر میزان آبشستگی اطراف آنها اقدام نمودند (عباسپور و همکاران، .(۱۳۸۸ واقفی و همکاران در سال ۱۳۸۷ به بررسی مطالعه آزمایشگاهی الگوی جریان سه بعدی و آبشستگی درقوس ۹۰ درجه پرداختند (واقفی و همکاران، .(۱۳۸۷

معرفی کانال مورد مطالعه

مدل معرفی شده به نرم افزار کانالی قوسی شکل با زاویه ۹۰ درجه می باشد که شکل (۲) پلان و هندسه قوس مورد نظر را نشان می دهد. ارتفاع دیوارهای داخلی و خارجی کانال ۳۰ سانتی متر، عرض کانال(۶۰ (B سانتی متر، ضخامت دیوارهای کانال ۱۰ سانتی متر و دبی جریان((Q در تمامی مدلها ثابت برابر ۲۵ لیتر بر ثانیه است. عمق جریان((Z برابر با ۱۲ سانتی متر در نظر گرفته شد. آبشکن مورد استفاده T شکل است و ارتفاع آن ۲۵ سانتی متر و ضخامت آن یک سانتی متر می باشد. به منظور بررسی اثر طول بال آبشکن از پنج آبشکن با طول بال((l مختلف(۰، ۲۵، ۵۰ ، ۷۵ و۱۰۰درصد طول آبشکن) در قوس با شعـاع انحنای R/B=2 و بستر صلب استفاده شده است. موقعیت استقرار آبشکن در زاویه ۴۵ درجه بصورت قائم و غیر مستعرق در قوس خارجی می باشد. در شکل ۱ پلان، هندسه قوس و آبشکن و در شکل ۲ شبکه بندی میدان جریان نشان داده شده است.