بررسی عددی سرعت جریان و تنش برشی در کانال مرکب مستطیلی زبر با سیلاب دشت منفرد

نوع مقاله : مقاله عمران

نویسندگان

1 دانشیار مهندسی عمران- هیدرولیک و مکانیک مهندسی رودخانه، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه.

2 دانشجوی دکترای مهندسی عمران-آب و سازه های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ارومیه

10.22075/jme.2020.19942.1870

چکیده

جریان در کانال‌ها با مقاطع مرکب به دلیل اختلاف معنی‌دار سرعت بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت از نظر ساختاری تفاوت نسبتاً زیادی با جریان در مقاطع ساده دارند. در تحقیق حاضر با استفاده از نرم‌افزار FLOW3D جریان در کانال مرکب مستطیلی زبر با یک سیلاب‌دشت مورد مطالعه قرار گرفت. هندسه مدل از روی کانال آزمایشگاهی (Bousmar, 2002) انتخاب و صحت‌سنجی نتایج حل عددی با مقایسه پارامتر سرعت متوسط جریان انجام پذیرفت. هدف این تحقیق بررسی اثرات زبری، عمق و عرض نسبی بر توزیع سرعت جریان، تغییرات تنش برشی بستر و محل حداکثر تنش در مقطع کانال مرکب بوده و شبیه‌سازی جریان برای 3 نوع زبری نسبی 1 ، 2 و 2/9 انجام شد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد میزان اختلاف سرعت جریان بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت به عنوان مولد تنش برشی و جریان‌های ثانویه در این مقاطع، با افزایش 3 برابری زبری نسبی برای مدل A، 33/5 درصد و برای مدل B 15/12 درصد افزایش یافته است. در حالی که با افزایش 65 درصدی پارامتر عمق نسبی ( از 0/2 به 0/33) این اختلاف برای دو مدل A و B به ترتیب 36/32 و 35/87 درصد کاهش داشته است. بنابراین به نظر می رسد برای زبری‌های نسبی زیاد به کارگیری مدل B را مناسب تر باشد. هم‌چنین با افزایش عمق نسبی از 0/2 به 0/33 در انواع زبری‌های نسبی مطالعه شده، محل حداکثر تنش برشی برای هر دو مدل از کانال اصلی به سیلاب‌دشت تغییر می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of flow velocity and shear stress in a rough rectangular compound channel with single floodplain

نویسندگان [English]

  • Mirali Mohammadi 1
  • ali ghahramanzadeh 2
1 Associate Professor in Civil Eng. Hydraulics & River Eng. Mechanics, Department of Civil Engineering, Faculty of Eng., Urmia University.
2 PhD Candidate in Civil Engineering, Water & Hydraulic Structures, Dept. of Civil Eng., Faculty of Eng, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Flow in compound sections, due to the differences in velocity between the main channel and floodplains, is structurally quite different from that in simple channel sections. In the present research work, FLOW3D software was applied in a rough rectangular compound channel with single floodplain. The model geometry was selected from the experimental channel by Bousmar (2002), and the numerical solution results were validated by comparing the depth-averaged velocity parameter. The purpose of this study was to investigate the effects of roughness, depth and relative width on flow velocity distribution, bed shear stress variation, and location of maximum stress in compound channel sections and simulated flow for 3 relative roughness values of 1, 2 and 2.9. Results showed that flow rate difference between the main channel and floodplain as the generator of shear stress and secondary flows in those sections increased by 3 times. Relative roughness for the Model A, 33.5% and for Model B, increased by 15.12%. While the relative depth parameter increased from 65% (from 0.2 to 0.33), the difference for the two models A and B decreased to 36.32% and 37.85%, respectively. So, it seems that using Model B is more appropriate for high relative roughness. Also, by increasing the relative depth from 0.2 to 0.33 in all the relative roughness values studied, the location of maximum shear stress for both models changed from the main channel to the floodplain.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Compound Channel
  • relative roughness
  • relative depth
  • depth-averaged velocity
  • bed shear stress
  • FLOW3D.