انتخاب صفحه

مقدمه

در این تحقیق از مدل سه بعدی Fluent استفاده شده و ابتدا روند مدل سازی توسط این نرم افزار، به اختصار بیان میگردد و سپس الگوی جریان آشفته در یک کانال قوسی ۱۸۰ درجه مدل سازی شده و الگوی جریان در قوس، مورد بررسی قرار میگیرد. جهت مدل سازی از سه مدل آشفتگی تی-R-CO ،R و RSM استفاده شده و اثر مدلهای مختلف آشفتگی بررسی گردیده و همچنین الگوهای مختلف انفصال مورد بررسی قرار گرفته است. سه الگوی انفصال مورد بررسی شامل آپویند مرتبه اول، آپویند مرتبه دوم و طرح قاعده توانی می باشد. از بین مدلهای آشفتگی مدل RSM نتایج بهتری را ارائه داد و دقت مدل -k 0 نسبت به 8- k استاندارد بیشتر است. مدل 8-kقادر به پیش بینی جریان ثانویه دوم در مقاطع خروجی قوس نیست و پایین افتادگی حداکثر سرعت را در نزدیک دیواره بیرونی در اثر جریان ثانویه دوم نشان نمی دهد همچنین مدل عددی 8- k تنها قادر به پیش بینی یک چاله فرسایشی در خروجی قوسی میباشد. بنابراین جهت ادامه مراحل شبیه سازی از مدل RSM استفاده شد و از بین طرح های مختلف انفصال با توجه به نتیجه تقریبا یکسان موجود، طرح اپویند مرتبه دوم به علت بالا بودن سرعت همگرایی، مورد استفاده قرار گرفت. مدل RSM علاوه بر پیشبینی جریان ثانویه دوم و پدیده پایین افتادگی حداکثر سرعت در نزدیک دیواره بیرونی، وجود سه حفره آشفتگی یکی در نیمه اول قوس، دیگری در نیمه دوم قوس و یک حفره نیز، بعد از قوس را پیش بینی میکند. پروفیل های طولی سرعت طولی در نزدیک سطح آب و همچنین نزدیک کف با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی شد. مسیر وقوع حداکثر سرعت، خطوط همسرعت مقاطع عرضی مختلف، جریان ثانویه مقاطع عرضی مختلف و روند رشد و استهلاک جریان ثانویه در طول قوس مورد بررسی قرار گرفت. روند رشد و استهلاک جریان ثانویه با روند نتایج کار عددی منصوری (۲۰۰۶) با استفاده از نرمافزار SSIIM و کارآزمایشگاهی دهقانی (۲۰۰۶) مقایسه گردید. سپس نتایج تنش برشی در حالت بستر صلب با استفاده از دو مدل آشفتگی k-E و RSM| بررسی شده و نتایج با کار عددی منصوری با نرم افزار SSIIM و مدل آشفتگی 8-k، و کار آزمایشگاهی دهقانی مقایسه شد. بررسی جریان های ثانویه نشان میدهد مقدار جریان ثانویه با پیشروی در قوسی افزایش یافته و در مقطع حدود ۷۰ درجه به بیشترین میزان خود میرسد و از آن پس با شیبی تقریباً نزدیک به شاخه صعودی کاهش مییابد و در مقطع ۱۵۰ درجه تا انتهای قوسی به علت تشکیل جریان ثانویه دوم روند افزایشی پیدا می کند. سپس با قرار دادن یک پایه پل استوانه ای بر روی خط مرکزی کانال و در موقعیتهای مختلف قوس در پنج موقعیت ۳۰، ۶۰، ۹۰، ۱۲۰ و ۱۵۰ درجه، اثر موقعیت پایه در قوسی بررسی گردیده است. ابتدا بصورت کیفی نتایج خطوط همسرعت در مقاطع بالادست و پایین دست پایه، با کار آزمایشگاهی امامی (۲۰۰۶) مقایسه شده و سپس مقادیر حداکثر سرعت در مقاطع عرضی مختلف و چهار تراز مختلف ۰/۰۱، ۰۷/ ۰ ، ۰/۱۴ و ۰/۱۹ متر حاصل از مدل عددی، با کار آزمایشگاهی مقایسه شد و خطاها در هر حالت محاسبه گردیده و به عنوان نمونه در موقعیت ۶۰ درجه در چهار تراز مذکور، همخوانی نتایج با کار آزمایشگاهی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و صحت سنجی شد. همچنین مسیر وقوع حداکثر سرعت در محل پایه واقع در موقعیتهای مختلف، با مسیر وقوع حداکثر سرعت در قوسی بدون پایه مقایسه شد و به عنوان نمونه در راس قوس با کار آزمایشگاهی امامی مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد که در اثر قرار دادن پایه در مسیر جریان، اثر پایه بر خطوط جریان موضعی بوده و جهت گیری کلی خطوط جریان در قوسی را تغییر نمی دهد وتنها در محل پایه، در پشت پایه جداشدگی جریان ایجادشده و پس از پایه گردابه های برخاستگی شکل میگیرند. نواحی پرسرعت ایجاد شده در اثر جداشدگی جریان در اثر پایه، خط حداکثر سرعت در تمام موقعیتهای قرار گیری پایه را به محل پایه منحرف می کند. جهت مشاهده بهتر اثر توام قوس و پایه، علاوه بر شبیه سازی قوسی بدون پایه، پایه پل در مسیر مستقیم در فاصله ۵/۷ متر از ورودی قرار داده شده و الگوی جریان حولی پایه بررسی شد و نتایج شبیه سازی اثر توام قوسی و پایه پلی در هر حالت با قوسی بدون پایه مقایسه شده و جریان های ثانویه و تنش برشی با پایه پل در مسیر مستقیم ورودی مقایسه گردید. با بررسی جریانهای ثانویه افزایش قدرت جریان ثانویه در محل پایه به علت گردابه های ایجاد شده توسط پایه، مشاهده میگردد. با افزایش سرعت به علت جداشدگی جریان در اثر پایه و در اطراف آن، به تبع آن تنشهای برشی نیز افزایش مییابند. علاوه بر بررسی تنش برشی و روند آن در طول قوس پارامتر استعداد کف کنی از مقایسه تنش با تنش شیلدز بررسی گردید. در هر موقعیت قرار گیری پایه و به ازای دبی های مختلف، تغییرات قدرت جریان ثانویه در محل پایه با حالت بدون پایه مقایسه شد و همچنین طول تاثیر پایه قرار گرفته در هر موقعیت و به ازای دبی های مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. سپس با تاثیر تمامی پارامترهای مورد بررسی شامل تغییر جریان ثانویه، تنش برشی، استعداد کف کنی و طول تاثیر پایه، محل بهینه قرارگیری پایه پل در کانال قوسی شکل تعیین شده و علاوه بر مقایسه نتایج با کار آزمایشگاهی امامی (۲۰۰۶) با کار آزمایشگاهی مسجدی (۲۰۰۹) نیز مقایسه گردید.

فهرست مطالب

چکیده 1

مقدمه 2

فصل اول:کلیات

۲-۱- تعریف آبشستگی و انواع آن:

آبشستگی پدیدهای است که با عمل فرسایش جریان در بسترهای رسوبی ایجاد می شود آبشستگی ناشی از عمل فرسایش در اثر جریان آب و حمل مواد از بستر و سواحل آبراهه ها و اطراف پایه های پل و سازههای هیدرولیکی می باشد. این پدیده باعث فرسایش بستر رودخانه و در نتیجه پایین رفتن سطح بستر آن و تمایل به در معرض قراردادن و آسیب رساندن به بناهای مستقر در مسیر رودخانه نظیر پی های پل و شمع هایی که سازهها و تکیهگاه ها را حمایت می کنند میگردد و می تواند موجب ایجاد خسارت، واژگونی سازهها و ایجاد زیانهای جانی و مالی شود. از اینرو شناخت انواع آبشستگی و عوامل موثر در ایجاد آنها، برای مطالعه در خصوص احداث پل ها و بناهای مستقر در مسیر رودخانه ها ضرورتی اجتناب ناپذیر است. بدین جهت آبشستگیها را می توان از نظر علل ایجاد انها به سه دسته زیر تقسیم نمود (یانگ ۱، ۲۰۰۵):

 الف) فرسایش یا آبشستگی عمومی

 ب) آبشستگی ناشی از تنگ شدن مسیر

 ج) آبشستگی موضعی

1-1-مقدمه   5

1-2-تعریف آبشستگی وانواع آن 5

1-3-الگوی جریان در اطراف پایه های پل ومکانیزم آبشستگی 8

1-3-1-سیستم گردابی نعل اسبی 10

1-3-2-سیستم گردابی شیاری 1

1-3-3-سیستم گردابی دنباله دار 12

1-3-4-سیستم موج کمانی 13

1-4-جدایی ومنطقه WAKEا 13

1-5-جداشدگی خطوط جریان دراطراف پایه 16

1-6-الگوی جریان درقوس رودخانه    16

تنش برشی بستر درموقعیت قرارگیری پایه پل در مقطع 60 درجه در قوس

تنش برشی بستر درموقعیت قرارگیری پایه پل در مقطع 60 درجه در قوس

فصل دوم:بررسی مطالعات وتحقیقات انجام شده درقوس

۱-۲ – مقدمه:

برای شناخت بیشتر هر موضوع و دستیابی به اطلاعات لازم در خصوصی آن، لازمست با مراجعه به تحقیقات محققانی که در گذشته بطور مستمر به مطالعه و تحقیق پرداختهاند و نتایج تحقیقاتشان را در اختیار محققان بعدی قرار دادهاند، نهایت استفاده و بهرهمندی به عمل آید. مطالعه این تحقیقات، به محقق جهت ارائه راه حلهای علمی و منطقی برای نتیجه گیری های مطلوب، یاری می رساند. از این رو ابتدا در این فصل از تحقیق، به بررسی نتایج و عملکرد محققانی که در زمینه قوسی و آبشستگی پایه پل دارای تحقیقات مستند بوده اند، میپردازیم. از انجا که این تحقیقات در بازههای زمانی مختلف و با توجه به نیازهای محسوس و امکانات موجود، به روشهای گوناگونی انجام گرفته، جهت بدست آمدن نتیجه بهتر، ابتدا ناچار به تفکیک این روش ها و تحقیقات انجام گرفته می باشیم. این روش های تحقیق معمولاً شامل سه دسته صحرایی، آزمایشگاهی و روشهای عددی می باشند که در ذیل به مجموعه ای از تحقیقات انجام گرفته در هر روش توسط محققین مختلف، به تفکیک اشاره می شود.

2-1-مقدمه 20

2-2-تحقیقات انجام شده درمورد آبشستگی پایه پل ها 20

2-2-1-مطالعات صحرایی 23

2-2-2-مطالعات آزمایشگاهی 23

2-2-2-1-اثرغیر یکنواختی دانه ها 35

2-2-2-2-اثراندازه رسوبات 38

2-2-2-3-اثراندازه پایه 39

2-2-2-4-اثرعمق جریان 39

2-2-2-5-اثرزاویه حمله آب نسبت به پایه 39

2-2-2-6-اثرشکل پایه      4

2-2-2-7-اثرکاهش یاافزایش تدریجی طول پایه درجهت عمودی 43

2-2-2-8-اثرلایه بندی خاک بستر 44

2-2-2-9-اثر گروه پایه ها 44

2-2-2-10-زمان تعادل آبشستگی   45

2-2-3-شببیه سازی عددی آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل 46

2-3-مطالعات انجام شده درقوس 50

2-2-3-1-مطالعات آزمایشگاهی 50

2-3-2-تحقیقات انجام شده درقوس رودخانه 70

فرسایش تنگ شدگی

فرسایش تنگ شدگی

فصل سوم:معرفی نرم افزار ومعادلات حاکم برجریان سیال

۴-۳- نحوه برخورد مدلهای آشفتگی با اثر دیوار

تحقیقات بسیاری نشان داده است که منطقه نزدیک دیوار مطابق شکلی (۳-۲) به سه قسمت تقسیم میشود. نزدیک ترین قسمت به دیوار ناحیه زیر لایه لزج است که جریان لایه ای است و لزجت مولکولی روی مومنتم یا تنش های برشی تأثیرگذار است. خارجی ترین لایه، ناحیه کاملاً آشفته است و ناحیه بین این دو، لایه بینابینی است که هم اشفتگی و هم لزجت مؤثر هستند

3-1-هدف 83

3-2-معرفی نرم افزار 84

3-3-معادلات حاکم بر جریان سیال    86

3-4-نحوه برخورد با مدلهای آشفتگی بااثردیوار 91

3-5-تابع استاندارد دیوار 93

3-6-اثرزبری دیوار 94

3-7-شبیه سازی سطح آزاد جریان  95

3-8-روشهای مختلف اتصال ترم های جابجایی وپخش 97

3-9-شرایط مرزی اولیه 98

نمای یک پل قرارگرفته درمعرض آّبشستگی

نمای یک پل قرارگرفته درمعرض آّبشستگی

فصل چهارم:روند شبیه سازی وصحت سنجی نرم افزار فلوئنت باشبیه سازی عددی الگوی جریان در قوس 180 درجه

۱-۴- هدف

در این فصل روند شبیه سازی توسط نرم افزار فلوئنت به همراه شبیه سازی عددی الگوی جریان در مدل فلوم ۱۸۰ با (4.33=RB)، به اختصار بیان میگردد و نتایج حاصل از مدل عددی با دادههای آزمایشگاهی (مقادیر سرعت) برداشت شده در مدل فیزیکی مزبور توسط پیرستانی مقایسه و صحت سنجی میگردد. ابتدا، تاثیر الگوهای انفصال ترم انتقال و مدلهای مختلف آشفتگی بر این نتایج بررسی شده و سپس ویژگیهای مختلف الگوی جریان، جریانهای ثانویه و نیز مطالعه کیفی فرسایش بستر از روی توزیع تنش برشی مورد بررسی قرار میگیرد. ابتدا برای صحت سنجی مدل عددی با دبی ۳۰ لیتر بر ثانیه به شبیه سازی میدان جریان در قوسی ۱۸۰ مذکور می پردازیم و سپس در فصل بعد با قرار دادن یک پایه استوانه ای در مسیر جریان به بررسی تاثیر موقعیتهای قرارگیری پایه و دبی ورودی بر الگوی جریان پرداخته خواهد شد.

4-1-هدف 100

4-2-مشخصات هندسی وهیدرولیکی میدان 100

4-3-تنظیم شبکه بندی میدان حل 102

4-3-1-تنظیم شبکه بندی 102

4-3-2-بررسی تاثیر شبکه بندی برپروفیل های قائم سرعت در مقطع 180 درجه 103

4-4-نوار منوی اصلی 106

4-5-فراخوانی فایل ورودی وبررسی شبکه تولید شده 107

4-6-نمایش دامنه محاسباتی به همراه شبکه تولید شده 107

4-7-انتخاب حلگر مناسب 108

4-8-اهمال ویژگی های فیزیکی جریان به مدل 109

4-9-برسی تاثیر مدلهای مختلف آشفتگی برنتایج حل عددی 109

4-10-تعیین خصوصیات سیال 111

4-11-تعیین شرایط مرزی واولیه 111

4-12-تعیین پارامترهای آنالیز عددی جریان 114

4-13-برسی تاثیر الگوهای مختلف اتصال ترم های انتقال معادلات حاکم برنتایج حل عددی 115

4-14-بررسی روند 116

4-15-انالیز جریان 117

4-16-بررسی نتایج بدست آمده وذخیره سازی فایل 117

4-17-خطوط جریان در طول کاناغل برای ترازهای مختلف 118

4-18-بررسی روند تغییرات طولی سرعت درامتداد کانال 121

4-19-برسی جریان های ثانویه درمقاطع عرضی مختلف 126

4-20-محاسبه قدرت جریان ثانویه مقاطع عرضی 130

4-21-تغییرات خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف 134

4-22-بررسی توزیع تنش برشسی بسیتر در کف کانال 137

نمایش منطقه wake پشت پایه پل

نمایش منطقه wake پشت پایه پل

فصل پنجم:تحلیل جریان دراطراف پایه پل های موجود درکانال انحنادار بااستفاده از شبیه سازعددی

۱-۵- مقدمه

با توجه به شناختی که در فصل ۴ از الگوی جریان قوسی و تاثیرات ناشی از آن، در یک قوس ۱۸۰ درجه بدون قرارگیری پایه پل در فصل قبل بدست آمد، در این فصل ابتدا جهت مشخص شدن اثر پایه پل استوانه ای بر الگوی جریان و گردابه های حاصل از آن، پایه پل در مسیر مستقیم قرار داده شده و شبیه سازی گردید. سپس با قراردادن پایه در قوسی ۱۸۰ درجه، به بررسی دقیق الگوی جریان حاصله در چنین میدان جریانی در اثر وجود پایه پل و قوسی پرداخته شده است. لذا برای مشخص شدن اثر وجود پایه بر الگوی جریان، تنش برشی و جریان ثانویه حاصل از قوسی، به شبیه سازی عددی جریان در حالت قرار گیری پایه پلی در موقعیتهای مختلف قوسی پرداخته و پارامترهای جریان با حالت قوسی بدون پایه و پایه در مسیر مستقیم مقایسه می شوند. برای صحت سنجی، نتایج خطوط همسرعت در مقاطع عرضی بالادست و پایین دست پایه در کلیه موقعیتهای قرار گیری پایه در قوسی و حداکثر سرعت و محل وقوع آن با نتایج آزمایشگاهی امامی (۲۰۰۶) مقایسه گردیده است. سپس در ادامه، با آنالیز حساسیت نسبت به موقعیت قرار گیری پایه در قوسی و به ازای دبی های مختلف، به بررسی طول اثر پایه و قدرت جریان ثانویه پرداخته می شود.

5-1-مقدمه 143

5-2-مشخصات میدان حل 143

5-3-تنظیم شبکه بندی میدان حل 146

5-3-1-تنظیم شبکه بندی 146

5-3-2-بررسی حساسیت نتایج مدل عددی به تعداد گره های شبکه 147

5-3-3-تعیین شرایط مرزی 150

5-4-بررسی الگوی جریان 151

5-4-1-بررسی خطوط جریان وخطوط هم سرعت درطول کانال درترازهای مختلف درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه 151

5-4-1-1-قرارگیری پایه پل درمقطع 30 درجه در قوس 152

5-4-1-2-قرارگیری پایه پل درمقطع 60 درجه درقوس 155

5-4-1-3-قرارگیری پایه پل در مقطع 90 درجه درقوس 157

5-4-1-4- قرارگیری پایه پل در مقطع 120 درجه درقوس 160

5-4-1-5- قرارگیری پایه پل در مقطع 150 درجه درقوس  162

5-4-2-بررسی خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه درقوس  165

5-4-2-1-قراگیری پایه پل درمقطع 30 درجه در قوس  165

5-4-2-2- قرارگیری پایه پل در مقطع 60 درجه درقوس 171

5-4-2-3- قرارگیری پایه پل در مقطع 90 درجه درقوس 175

5-4-2-4- قرارگیری پایه پل در مقطع 120 درجه درقوس 179

5-4-2-5- قرارگیری پایه پل در مقطع 150 درجه درقوس 183

5-4-3-برسی حداکثر سرعت در مقاطع وترازهای مختلف وصحت سنجی مدل عددی 189

5-4-4-مسیر وقوع حداکثر سرعت درنزدیکی سطح آب 198

5-4-5-برسی جریان ثانویه مقاطع عرضی مختلف درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه پل در قوس 201

5-4-5-1-بررسی بردارهای سرعت کل درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه پل درمسیر مستقیم 201

5-4-5-2-قراگیری پایه پل در موقعیت 30 درجه درقوس        202

5-4-5-3- قراگیری پایه پل در موقعیت 60 درجه درقوس        205

5-4-5-4- قراگیری پایه پل در موقعیت 90 درجه درقوس        209

5-4-5-5- قراگیری پایه پل در موقعیت 120 درجه درقوس      212

5-4-5-6- قراگیری پایه پل در موقعیت 150 درجه درقوس      215

5-4-6-محاسبه قدرت جریان ثانویه درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه وآنالیز حساسیت نتایج به ازای دبی های مختلف      216

5-4-6-1-محاسبه قدرت جریان در موقعیت  قرارگیری پایه در مقطع 30 درجه به ازای دبی های مختلف    218

5-4-6-2- محاسبه قدرت جریان در موقعیت  قرارگیری پایه در مقطع 60 درجه به ازای دبی های مختلف    220

5-4-6-3- محاسبه قدرت جریان در موقعیت  قرارگیری پایه در مقطع 90 درجه به ازای دبی های مختلف    221

5-4-6-4- محاسبه قدرت جریان در موقعیت  قرارگیری پایه در مقطع 120 درجه به ازای دبی های مختلف  223

5-4-6-5- محاسبه قدرت جریان در موقعیت  قرارگیری پایه در مقطع 150 درجه به ازای دبی های مختلف  224

5-4-6-6-مقایسه مقدار تغییرات قدرت جریان ثانویه درحالات مختلف قرارگیری پایه نسبت به قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف 226

5-4-7-بررسی توزیع تنش برشی بستر درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه در قوس 227

5-4-7-1-تنش برشی بستر دراطراف پایه درحالت قرارگیری پایه درمسیر مستقیم 227

5-4-7-2-تنش برشی درحالت قرارگیری پایه پل در مقطع 30 درجه  228

5-4-7-3- تنش برشی درحالت قرارگیری پایه پل در مقطع 60 درجه  229

5-4-7-4- تنش برشی درحالت قرارگیری پایه پل در مقطع 90 درجه  230

5-4-7-5- تنش برشی درحالت قرارگیری پایه پل در مقطع 120 درجه    231

5-4-7-6- تنش برشی درحالت قرارگیری پایه پل در مقطع 150 درجه    232

5-4-7-7-حداکثر تنش برشی درمجاورت پایه پل درموقعیت های مختلف 233

5-4-8-بررسی روند تغییرات طولی سرعت درطول کانال قوسی شکل درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه به ازای دبی های مختلف  234

5-4-8-1-قرارگیری پایه پل درمقطع 30 درجه درقوس به ازای دبی های مختلف     235

5-4-8-2- قرارگیری پایه پل درمقطع 60 درجه درقوس به ازای دبی های مختلف     238

5-4-8-3- قرارگیری پایه پل درمقطع 90 درجه درقوس به ازای دبی های مختلف     240

5-4-8-4- قرارگیری پایه پل درمقطع 120 درجه درقوس به ازای دبی های مختلف   244

5-4-8-5- قرارگیری پایه پل درمقطع 150 درجه درقوس به ازای دبی های مختلف     246

5-4-8-6-اثردبی برطول اثر پایه در موقعیت های مختلف قرارگیری پایه پل درقوس  246

نتیجه گیری 250

پیشنهادات 254

پیوست ها 255

فهرست منابع فارسی 256

فهرست منابع لاتین 257

چکیده انگلیسی 263

فهرست جداول

2-1-ضریب شکل پایه 22

2-2-ضریب k2 باتوجه به هجوم آب ونسبت طول به عرض پایه پل 30

2-3-ضریب k3 باتوجه به وضعیت بستر 31

2-4-ضرایب معادله ملوینی وکلمن پایه پل 32

2-5-مقدار k بااستفاده از انحراف معیار هندسی توزیع ذرات بستر 37

2-6-تغییرات k2 بازاویه برخورد جریان به پایه 40

2-7-ضریب k2 باتوجه به زاویه هجوم آب ونسبت طول به عرض پایه پل 41

2-8-ضریب شکل برای پایه های بااشکال مختلف 43

2-9-خلاصه تحقیقات صورت گرفته درزمینه آبشستگی پایه پل 47

2-10-خلاصه تحقیقات صورت گرفته درزمینه قوسی رودخانه 80

3-1-روابط اساسی حاکم برلزجت آشفتگی 88

3-2-تقسیم بندی مدلهای آشفتگی  89

3-3-ثابت های آزمایشگاهی مدل آشفتگی   90

3-4-ثایت های آزمایشگاهی مدل آشفتگی 9

3-5-ثابت های آزمایشگاهی مدل آشفتگی RSMا  91

4-1-مشخصات هیدرولیکی آزمایشات فلوم 180 درجه 101

4-2-مقایسه زمان اجرای محاسبات برای سه شبکه ریز-متوسط ودرشت 104

5-1-مشخصات هیدرولیکی آزمایشات فولم 180 درجه 146

5-2-مقایسه زمان اجرای محاسبات برای دوشبکه ریز ودرشت 150

5-3-محاسبه میانگین خطای حداکثر سرعت درمقاطع مختلف اطراف پایه،درترازهای مختلف درکلیه موقعیت های قرارگیری پایه،باکارآزمایشگاهی امامی(2006)   192

5-4-مقادیر حاصل ازحل عددی ومقادیر آزمایشگاهی حداکثذر سرعت برآیند درمقاطع عرضی مختلف درتراز(z=0.19m)     196

5-5- حاصل ازحل عددی ومقادیر آزمایشگاهی حداکثذر سرعت برآیند درمقاطع عرضی مختلف درتراز(z=0.14m)     196

5-6- حاصل ازحل عددی ومقادیر آزمایشگاهی حداکثذر سرعت برآیند درمقاطع عرضی مختلف درتراز(z=0.007m)     197

5-7- حاصل ازحل عددی ومقادیر آزمایشگاهی حداکثذر سرعت برآیند درمقاطع عرضی مختلف درتراز(z=0.001m)     197

5-8-تاثیر پارامترهای مختلف برمیزان آبشستگی وانتخاب محل بهینه پایه 249

فهرست شکلها

1-1-فرسایش تنگ شدگی 6

1-2-نمای یک پل قرارگرفته در عرضی آبشستگی 8

1-3-الگوی جریان دراطراف پایه استوانه ای پل 12

1-4-جریان روبه پایین وسیستم های گردابی اطراف پایه استوانه ای پل 13

1-5-نمایش منطقه جدایی هنگام برخورد سیال باسطح منحنی 14

1-6-نمایش منقطه wakeپشت پایه پل 15

1-7-شمای کلی جریان ثانویه دریک رودخانه متاندری 16

1-8-شمای کلی ناحیه فرسایش ورسوب گذاری درپلان یک رودخانه متاندری 17

1-9-تقسیم بندی قوس ها 18

2-1-ضریب اصلاحی برای تاثیر ضریب غیریکنواختی مصالح بستر رودخانه 37

2-2-نمودار اندازه نسبی ذرات بستر در برابر ضریب تسطیح آن 38

2-3-زاویه برخورد جریان باپایه 40

2-4-زاویه محور پایه باجهت جریان 40

2-5-حالت های مختلف شکل های پایه پل   42

2-6-پایه باکاهش یاافزایش تدریجی طول آن  44

2-7-نمودار میزان آبشستگی درازای سرعت برشسی وزمان 45

2-8-نمایش جریان حلزونی در قوس رودخانه 50

2-9-الگوی جریان حلزونی ذرات رسوبی وپدیده انتقال محل وقوع حداکثر سرعت در قوس رودخانه 50

2-10-بردارهای سرعت درقوس رودخانه 51

2-11-توصیف ساده البرت انیشتین ازنحوه شکل گیری جریان چرخش 52

2-12-مشخصات جریان درقوس رودخانه 54

2-13-تویع سرعت در خم 90 درجه وتمرکز درناحیه قوس خارجی بعدازخم   54

2-14-طرحی از شیب عرضی سطح آب وجریان چرخشی شکل گرفته دربازه قوسی شکل کانال 55

2-15-طرحی از شیب عرضی سطح آب وجریان چرخشی شکل گرذفته دربازه قوسی شکل کانال 56

2-16-توپوگرافی بستر والگوی جریان در مثاندر باافزایش دبی جریان 57

2-17-توپوگرافی بستر والگوی جریان در مثاندر باافزایش دبی جریان 57

2-18-توپوگرافی بستر والگوی جریان درشرای افزایش شعاع انحنای مثاندر 58

2-19-توزیع سرعت وموقعیت حفره فرسایش درمثاندر نامنظم 58

2-20-پروفیلهای سرعت متوسط گیری شده درعمق   58

2-21-خطوط سرعت طولی درمقاطع مختلف وانتقال حداکثر سرعت به قوسی خارجی 59

2-22-تغییرات بستر وخطوط هم سرعت دریک قوس 180 درجه     60

2-23-موقعیت وقوع فرسایش شدید وناحیه تحت تاثیر سرعت های زیاد در مثاندر 61

2-24-شمای سه بعدی جریان درکانالهای قوسی 62

2-25-تویع سرع تطولی درقوس 180 درجه 64

2-26-کانال آزمایشگاهی 120 درجه بابستر متحرک 65

2-27-پروفیل سرعت درکانال آبرفتی 66

2-28-پروفیل سرعت درکانالهای حاوی جریان غلیظ 67

2-29-خطوط هم سرعت طولی وجهت جریا ثانویه درمقطع عرضی 68

2-30-محل تقریبی حداکثر آبشستگی درقوس رودخانه 69

2-31-مشخصات آزمایشگاهی فلوم آزمایشگاهی 69

2-32-مقایسه پروفیل های سرعت پیش بینی شده توسط مدل عددی شزیز ورودی بانتایج آزمایشگاهی دریک قوس تند 73

2-33-فلوم مثاندری شبیه سازی شده 74

2-34-جریان ثانویه درکانال مثاندری     75

2-35-مقایسه تغییرات تراز بستر اندازه گیری شده درآزمایشگاه       76

2-36-مقایسه تغییرات پروفیل طولی بستر اندازه گیری شده درآزمایشگاه ومدل عددی 77

2-37-کانال مدل شده درمطالعه عددی  77

2-38-کانال مدل شده درمطالعه عددی 78

2-39-مقایسه بردارهای سرعت عرضی(جریان ثانویه) بین داده های آزمایشگاهی ونتایج پیش بینی شده 79

3-1-تعیین تنش های رینولدز بااستفاده از مدل آشفتگی 87

3-2-تقسیمات منطقه نزدیک دیوار 92

3-3-الف)روش تابع دیوار ب)روش نزدیک دیوار برای درنظرگرفتن اثردیوار درمدل های آشفتگی 92

3-4-حجم کنترل یک بعدی حول گره P وپروفیل های مرتبه دوم استفاده شده درروش QUICKا 96

4-1-مشخصات هندسی فلوم 180 درجه(MHL)ا  101

4-2-تاثیر شبکه بندی میدان برپروفیل های قائم سرعت طولی درمقطع 180 درجه 104

4-3-منوی ریزشی Defineا 106

4-4-فرم فراخوانی فایل ورودی 106

4-5-مشخصات شبکه تولید شده درپنجره نمایش گرافیک ها 107

4-6-فرم Display Grideا   108

4-7-پانل انتخاب حلگر مناسب solverا  109

4-8-پانل viscous modelا 109

4-9-مقایسه تاثیر سه مدل آشفتگی درالگوی جریان درقوس بانتایج 110

4-10-پانل تعیین خصوصیات مواد  111

4-11-پانل Boundary conditionا     112

4-12-پانل تعینی شرایط اولیه Solution initializationا    112

4-13-شرایط مرزی اعمال شده باقوس 180 درجه 114

4-14-پانل Solution controlsا   115

4-15-برسی تاثیر الگوهای مختلف انفصال ترم های جابجایی برپروفیل های قائم سرعت طولی در مقطع 180 درجه 116

4-16-پانل Iterateا   117

4-17-خطوط جریان درطول کانال برای ترازها      120

4-18-مقایسه پروفیلهای طولی سرعت پیش بینی شده در نزدیک بستر (z=0.0005m) بانتایج آزمایشگاهی پیرستانی(2004) برای عمق(D=0.2m)ا     123

4-19-مقایسه پروفیلهای طولی سرعت پیش بینی شده درنزدیک سطح آب (z=0.195m) با نتایج آزمایشگاهی پیرستانی(2004) برای عمق(D=0.2m)   124

4-20-مسیر وقوع حداکثر سرعت درنزدیک سطح آب (Z=0.195m) باعمق(D=0.2m)ا  125

4-21-شکل مربوط به بردارهای جریان ثانویه درمقاطع عرضی مختلف  127

4-22-سلول چرخشی جریان ثانویه اصلی وسلول چرخشی درخلاف جهت درنزدیک دیواره خارجی مقطع 150 درجه 128

4-23-خطوط هم سرعت مربوط به سرعت کل درمقطع عرضی 150 درجه 128

4-24-چرخش یک المان سیال 130

4-25-طرح شماتیک نحوه محاسبه چرخش حول محور 131

4-26-قدرت جریان ثانویه درقسو بادبی 30لیتر برثانیه،عمق جریان 2/0 متر وفرود18/0      132

4-27-تغییرات قدرت جریان حلزونی درطول کانال،دبی 30 لیتر برثانیه وعمق ثابت 15/0 متر و فرود 27/0(منصوری،2006)   133

4-28-حرکت ذرات جریان نزدیک سطح آب ونزدیک بسیتر درمقطع 30 درجه(نوارهای قرمز نزدیک سطح آب ونوارهای زرد نزدیک بستر) دهقانی،2006)  133

4-29-نمودار تغییرات زاویه انحراف بردارهای سرعت در نزدیک سطح آب وکف بستر در طول کانال   134

4-30-تغییرات خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف 136

4-31-توزیع تنش برشی پیش بینی شده توسط مدل آشفتگی درتحقیق حاضر وپیش بینی شده توسط SSIIM (منصوری،2006) دبی 30 لیتر برثانیه،عمق جریان 2/0 متر وفرود18/0   138

4-32-توزیع تنش برشی پیش بینی شده توسط مدل آشفتگی RSM(دبی 30 لیترذ برثانیه،فرود 18/0 وعمق آب 2/0)     140

4-33-تغییرات بستر درزمان تعادل برای شرایط هیدرولیکی     141

5-1-مشخصات هندسی میدان حل به همراه موقعیت های مختلف قرارگیری پل 144

5-2-موقعیت قراگیری پایه پل استوانه ای درکانال 180 درجه 145

5-3-نمای سه بعدی قرارگیری پایه پل درمقطع 30 درجه 145

5-4-نحوه شبکه بندی میدان جریان اطراف پایه پل  147

5-5-شکل سه بعدی شبکه بندی میدان جریان اطراف پایه پل 147

5-6-تاثیر شبکه بندی میدان برماکزیمم سرعت درمقاطع مختلف اطراف پایه،درموقعیت قرارگیری پایه درم قطع 30 درجه 149

5-7-شرایط مرزی اعمال شده به قوس 180 درجه 151

5-8-خطوط جریان درطول کانال در حالت قرارگیری پایه درموقعیت 30 درجه        153

5-9-خطوط هم سرعت درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 30 درجه 154

5-10-خطوط جریان درطول کانال 1 درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 60 درجه   155

5-11-خطوط هم سرعت درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 60 درجه     157

5-12-خطوط جریاهن درطول کانال 1 درحالت قرارگیری پایه در موقعیت 90 درجه در تراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب2 درحالت قوس بدون پایه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب   158

5-13-خطوط هم سرعت درحالت قرارگیری پایه در موقعیت 90 درجه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 159

5-14-خطوط جریان درطول کانال 1 درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 120 درجه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 2 درحالت قوس بدون پایه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 160

5-15-خطوط هم سرعت درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 120 درجه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 162

5-16-خطوط جریان درطول کانال 1 درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 150 درجه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 2 درحالت قوس بدون پایه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 163

5-17-خطوط هم سرعت درحالت قرارگیری پایه درموقعیت 150 درجه درتراز نزدیک بستر وتراز نزدیک سطح آب 164

5-18-موقعیت قرارگیری پایه پل استوانه ای درمقطع 30 درجه 165

5-19-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه در مقطع 30 درجه وحالت وقوس بدون پایه 167

5-20-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه درمقطع 30 درجه 170

5-21-موقعیت قراگیری پایه پل استوانه ای درمقطع 60 درجه  171

5-22-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه درم قطع 60 درجه ودر حالت قوس بدون پایه  172

5-23-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه در مقطع 60 درجه       174

5-24-موقعیت قرارگیری پایه پل استوانه ای درمقطع 90 درجه 175

5-25-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف 176

5-26-خطوط هم سرعت درمقطع عرضی مختلف درحالت قراگیری پایه در مقطع 90 درجه 178

5-27-موقعیت قراگیری پایه استوانه ای درمقطع 120 درجه 179

5-28-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف   180

5-29-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه درمقطع 120 درجه 183

5-30-موقعیت قرارگیری پایه پل استوانه ای درمقطع 150 درجه 184

5-31-خطوط هم سرعتی درمقاطع عرضی مختلف 185

5-32-خطوط هم سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه درمقطع 150 درجه 188

5-33-حداکثر سرعت درعمق درمقاطع مختلف اطراف پایه در موقعیت قرارگیری پایه در 30 درجه   190

5-34- حداکثر سرعت درعمق درمقاطع مختلف اطراف پایه در موقعیت قرارگیری پایه در 60 درجه   190

5-35- حداکثر سرعت درعمق درمقاطع مختلف اطراف پایه در موقعیت قرارگیری پایه در 90 درجه   191

5-36- حداکثر سرعت درعمق درمقاطع مختلف اطراف پایه در موقعیت قرارگیری پایه در 120 درجه 191

5-37- حداکثر سرعت درعمق درمقاطع مختلف اطراف پایه در موقعیت قرارگیری پایه در 150 درجه   192

5-38- نمودار حداکثر سرعت در مقاطع وترازهای مختلف درحالت قرارگیری پایه درم قطع 60 درجه        194

5-39-حداکثر سرعت برآِند درمقاطع عرضی مختلف اطراف پایه درترازهای مختلف حاصل از حل عددی ونتایج آزمایشگاهی 198

5-40-مسیروقوع حداکثر سرعت درنزدیکی سطح آب دردوحالت باپایه وبدون پایه پل 200

5-41-بردارهای سرعت درمقاطع عرضی مختلف درحالت قرارگیری پایه پل درمسیر مستقیم کانال 202

5-42-بردارهای جریان ثانویه مقاطع عرضی مختلف الف)درحالت قرارگیری پایه درمقطع 30 درجه و الف درحالت قوس بدون پایه       203

5-43-بردارهای جریان ثانویه درمقاطع عرضی مختلف(الف) درحالت قرارگیری پایه در مقطع 60 درجه و(ب) حالت قوس بدون پایه 207

5-44-بردارهای جریان ثانویه درمقاطع عرضی مختلف الف) در حالت قرارگیری پایه در مقطع 90 درجه وب) حالت قوس بدون پایه 210

5-45-بردارهای جریان ثانویه درمقاطع عرضی مختلف الف) درحالت قرارگیری پایه در مقطع 120 درجه و ب) حالت قوس بدون پایه 213

5-46-بردارهای جریان ثانویه درمقاطع عرضی مختلف الف)درحالت قرارگیری پایه درمقطع 150 درجه و ب) حالت قوس بدون پایه 215

5-47-چرخش یک المان سیال 217

5-48-طرح شماتیک نحوه محاسبه چرخش حول محور   218

5-49-قدرت جریان ثاویه درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 30 درجه به ازای دبی های مختلف 219

5-50- قدرت جریان ثاویه درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 60 درجه به ازای دبی های مختلف            221

5-51- قدرت جریان ثاویه درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 90 درجه به ازای دبی های مختلف            222

5-52- قدرت جریان ثاویه درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 120 درجه به ازای دبی های مختلف         224

5-53- قدرت جریان ثاویه درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 150 درجه به ازای دبی های مختلف      225

5-54-مقایسه مقدار تغییرات قدرت جریان ثانویه درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه نسبت به قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف 226

5-55-تنش برشی بستر دراطراف پایه درمسیر مستقیم 228

5-56-تنش برشی درموقعیت قرارگیری پایه پل درمقطع 30 درجه در قوس  229

5-57- تنش برشی درموقعیت قرارگیری پایه پل درمقطع 60 درجه در قوس  230

5-58- تنش برشی درموقعیت قرارگیری پایه پل درمقطع 90 درجه در قوس  231

5-59- تنش برشی درموقعیت قرارگیری پایه پل درمقطع 120 درجه در قوس   232

5-60- تنش برشی درموقعیت قرارگیری پایه پل درمقطع 150 درجه در قوس  233

5-61-حداکثر تنش برشی درمجاورت پایه واقع در موقعیت های مختلف 234

5-62-طرح شماتیک الگوی جریان در کانال قوسی شکل باقرارگیری پایه پل استوانه ای 235

5-63-پروفیل طولی سرعت درامتداد کانال درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 30 درجه ومقایسه با قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف (1) 30 لیتر برثانیه (2)35لیتر برثانیه (3) 40لیتر برثانیه       237

5-64- پروفیل طولی سرعت درامتداد کانال درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 60 درجه ومقایسه با قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف (1) 30 لیتر برثانیه (2)35لیتر برثانیه (3) 40لیتر برثانیه       239

5-65- پروفیل طولی سرعت درامتداد کانال درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 90 درجه ومقایسه با قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف (1) 30 لیتر برثانیه (2)35لیتر برثانیه (3) 40لیتر برثانیه      241

5-66- پروفیل طولی سرعت درامتداد کانال درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 120 درجه ومقایسه با قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف (1) 30 لیتر برثانیه (2)35لیتر برثانیه (3) 40لیتر برثانیه      243

5-67- پروفیل طولی سرعت درامتداد کانال درموقعیت قرارگیری پایه در مقطع 150 درجه ومقایسه با قوس بدون پایه به ازای دبی های مختلف (1) 30 لیتر برثانیه (2)35لیتر برثانیه (3) 40لیتر برثانیه      245

5-68-تغییرات طول تاثیر پایه به ازای موقعیت های قرارگیری پایه پل 247

5-69-تغییرات طول تاثیر پایه به ازای دبی های مختلف 247

5-70-استعداد کف کنی درموقعیت های مختلف قرارگیری پایه در قوس 180 درجه 248


Abstract:

Paying attention to this point that most rivers like Karoon River, are having meander-shaped or twisted and also have curve-shaped directions, so, in most cases. we are obliged to build bridge in part of the curve of river. As a result, when we install a bridge over this river, the impact of second flow which is created by curve. , flow was made more complex in limits of bridge Pier and also hydraulic interactions of the Flow and structure will changed in Comparing with pier will be located in straight channel. Considering that during performed researches in this field, the coincident impact of bridge and curve is mentioned less or all measurements were as laboratorial or being performed within special conditions. So it seems that researches were mostly performed numerically or do review mutual impacts of bridge over curve- channel is seem needed. In this research, simulation is done by3D Numerical Model With applying Fluent software, firstly, the turbulent Flow pattern in a 180 bend will be modeled and after verifying, the pattern of flow and different parameters of flow in mentioned bend will be measured. Then, by putting a cylindrical bridge Pier over central line of channel and in different positions of 180° bend, in 5 statuses of 30, 60.90,120 and 150 degree, the impact of Pier status will be reviewed. In this case, after verifying, the pattern of flow, and different parameters of flow are located around the Pier and will be measured and reviewed in a 180′ bend. Then, by defining the effective parameters on flow, analysis of sensitivity is done and effect of these parameters will be reviewed, too.


مقطع : کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

[purchase_link id=”106226″ text=”اضافه‌کردن به سبدخرید” style=”button” color=”red”]

خرید فایل pdf و سفارش word

[purchase_link id=”106228″ text=”اضافه‌کردن به سبدخرید” style=”button” color=”red”]

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید