کاربرد روش اویلری- اویلری در تخمین حداکثر عمق آبشستگی موضعی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

2 دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

آبشستگی موضعی در محل قرارگیری سازه­های آبی تأثیر به­سزایی در طراحی این سازه­ها دارد. بنابراین شناخت رفتار جریان و تغییرات بستر تحت تأثیر حضور سازه­های مختلف امری اجتناب ناپذیر می­باشد. در این مقاله،یک مدل اویلری- اویلری سه‏بعدی برای تخمین حداکثر عمق آبشستگی در پایین­دست سازه­های هیدرولیکی مورد استفاده قرار گرفته است. با به­کارگیری نرم­افزار منبع باز OpenFOAM و ایجاد قابلیت­های مناسب مدل­سازی آبشستگی، مدل مورد نظر ساخته شده و کارآیی و نقاط ضعف روش اویلری- اویلری مورد ارزیابی قرار گرفته است. شیوه عددی حجم محدود برای حل دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر انتقال رسوب و آبشستگی استفاده شده است. با در نظر گرفتن پارامترهای مؤثر بر میزان آبشستگی و استفاده از معادلات جریان دو فازی، به مدل­سازی پدیده آبشستگی پرداخته شده است. برایتهیه مدل عددی، از حلگرهای جریان سیال در یک چارچوب تکرار سرعت-فشار، ضمنی قدرت­مند توسعه داده شده در نرم­افزار، استفاده  شده است. برای صحت­سنجی نتایج نهایی از نتایج تحقیقات آزمایشگاهی و عددی محققینی چون چاترجی و گوش، لیو و فن راین استفاده شده است. نتایج نشان­دهنده دقت مناسب روش مورد استفاده در تخمین حداکثر عمق آبشستگی می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Application of Euler- Euler method in estimation of maximum depth of local scour

نویسندگان [English]

  • shamsa Basirat 1
  • seyyed AliAkbar Salehi Neishabouri 2
چکیده [English]

Local scour of hydraulic structures has a great influence on the design of these structures. Therefore, investigation of the flow and bed profile changes, affected by the presence of different structures is inevitable. In this paper, a three-dimensional Eulerian-Eulerian model is used to estimate the maximum scour depth downstream of hydraulic structures. By using open source software OpenFOAM and make appropriate capabilities for modeling of scour, model built and efficiency and weaknesses of Eulerian-Eulerian method is evaluated. Finite volume method is used for solving differential equations of sediment transport and flow field. the model has been developed by considering the parameters affecting the amount of scour and the use of two-phase flow equations. For construction of numerical model of fluid flow, a context of repeated speed-pressure is used. To verify the final results of the numerical results of laboratory research and researchers like Chatterjee, Liu and Van Rijn is used. The results showed that the method is appropriate to estimate the maximum scour depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Scour numerical simulation Euler- Euler model OpenFOAM
 

[1] Larsen, R. J., Ting, F. C., & Jones, A. L. (2010). Flow velocity and pier scour prediction in a compound channel: Big Sioux River bridge at Flandreau, South Dakota. Journal of Hydraulic Engineering, 137(5), 595-605.

[2] Van Beek, F. A., & Wind, H. G. (1990). Numerical modelling of erosion and sedimentation around offshore pipelines. Coastal engineering,  14(2),  107-128.

[3] Nicholas, A. P., & Walling, D. E. (1997). Investigating spatial patterns of medium-term overbank sedimentation on floodplains: a combined numerical modelling and radiocaesium-based approach. Geomorphology, 19(1), 133-150.

[4] Biglari, B., & Sturm, T. W. (1998). Numerical modeling of flow around bridge abutments in compound channel. Journal of Hydraulic Engineering, 124(2), 156-164.

[5] Lane, S. N., Hardy, R. J., Elliott, L., & Ingham, D. B. (2004). Numerical modeling of flow processes over gravelly surfaces using structured grids and a numerical porosity treatment. Water Resources Research, 40(1).

[6] Chung, H. R., Hsieh, T. Y., & Yang, J. C. (2011). Two dimensional shallow-water flow model with immersed boundary method. Computers & Fluids,51(1), 145-156.

[7] Wu, T., & Li, X. X. (2010). Vertical 2-d mathematical model of sediment silting in dredged channel. Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 22(5), 628-632.

[8] Olsen, N. R., & Melaaen, M. C. (1993). Three-dimensional calculation of scour around cylinders. Journal of Hydraulic Engineering, 119(9), 1048-1054.

[9] Zarrati, A. R., & Jin, Y. C. (2004). Development of a generalized multi‐layer model for 3‐D simulation of free surface flows. International journal for numerical methods in fluids, 46(10), 1049-1067.

[10] جزری زاده، ف،  زراتی امیررضا. 1384 . توسعه یک مدل عددی سه‏بعدی آب­های کم عمق برای جریان­های سطح آزاد.پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، آبان ماه، دانشگاه شهید باهنر کرمان

[11] Deng, L., & Cai, C. S. (2009). Bridge scour: Prediction, modeling, monitoring, and countermeasures—Review. Practice periodical on structural design and construction, 15(2), 125-134.

[12] Olsen, N. R., & Kjellesvig, H. M. (1998). Three-dimensional numerical flow modeling for estimation of maximum local scour depth. Journal of Hydraulic Research, 36(4), 579-590.

[13] Chrisohoides, A., Sotiropoulos, F., & Sturm, T. W. (2003). Coherent structures in flat-bed abutment flow: Computational fluid dynamics simulations and experiments. Journal of Hydraulic Engineering, 129(3), 177-186.

[14] بهشتی، ع. ا.، عطائی آشتیانی، ب.، 1387.  بررسی عددی الگوی جریان و آبشستگی در اطراف گروه شمع.چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، اردیبهشت، دانشگاه تهران.

[15] ساغروانی، سید ف.ا.، اظهری، ا. ، علیزاده، م.، محمدنژاد، ب.، شریفی­منش، ح. 1389. مدل­سازی عددی آبشستگی موضعی اطراف گروه پایه پل با مقطع دایره­ای.نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران،آبان، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.

[16] Dehghani, A. A., Bashiri, H., & Dehghani, N. (2010). Downstream scour of combined flow over weirs and below gates. River Flow–Dittrich, Koll, Aberle & Geisenhainer (eds).

[17] Chatterjee, S. S., Ghosh, S. N., & Chatterjee, M. (1994). Local scour due to submerged horizontal jet. Journal of Hydraulic Engineering, 120(8), 973-992.

[18] Liu, X. (2008). Numerical models for scour and liquefaction around object under currents and waves. ProQuest.

[19] حمیدی­فر، ح.، امید، م.ح.، نصرآبادی، م. 1389 آبشستگی موضعی بستر در پایین­دست دریچه کشویی. مجله  آب و خاک، 24(4): 728-736.

[20] van Rijn, L. C. (1985). Mathematical models for sediment concentration profiles in steady flow. Waterloopkundig Laboratorium.

[21] Gidaspow, D. (1994). Multiphase flow and fluidization: continuum and kinetic theory descriptions. Academic press.

[22] Prosperetti, A., & Tryggvason, G. (Eds.). (2009). Computational methods for multiphase flow. Cambridge university press.