بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سه تایی سرسپری جاذب و دافع در مسیر مستقیم
چکیده
در این تحقیق به بررسی الگوی جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سرسپری مستغرق و غیرمستغرق در مسیر مستقیم و همچنین ارتباط بین الگوی جریان و آبشستگی پرداخته شده است. مکانیزم جریان در بالادست آبشکن اول وجود یک صفحه جدایی جریان که در آن بخشی از جریان به صورت پایین رونده و بخش دیگر جریان به صورت بالارونده عمل می کند را نشان می دهد. جریان پایین رونده در لایه های نزدیک بستر و نزدیک لبه ی بال آبشکن به دلیل برخورد با مرز ناحیه جدایی جریان به صورت گردابه نعل اسبی درمی آید که این گردابه نعل اسبی عامل اصلی شروع آبشستگی شناخته شده است. همچنین بخشی از این جریان پایین رونده در ناحیه نزدیک ساحل مجاور به صورت گردابه ساعتگرد درمی آید که به عنوان عامل توسعه چاله آبشستگی شناخته شده است. مکانیزم جریان برای آبشکن های دوم و سوم در فواصل مختلف قرارگیری آبشکن ها تقریبا متفاوت است به طوری که در حالت 5/2 برابر طول قائم جان آبشکن ها بین آبشکن اول و دوم گردابه عمقی و بین آبشکن دوم و سوم علاوه بر گردابه عمقی، در بالادست آبشکن سوم جریانی بسیار ضعیف شبیه بالادست آبشکن اول مشاهده می شود. حالت 5/3 برابر طول قائم جان آبشکن ها نیز مشابه حالت اول است با این تفاوت که ابعاد گردابه ها بزرگتر هستند. در حالت 5 برابر طول قائم جان آبشکن ها در بالادست آبشکن دوم و سوم مکانیزم جریان مشابه بالادست آبشکن اول است. از دیگر مکانیزم های جریان در پایین دست و بین آبشکن ها جریان های بازگشتی است که ترکیب این مکانیزم ها عاملی در جهت کاهش آبشستگی در آبشکن های سرسپری می باشد. با تحلیل الگوی جریان در مقاطع مختلف و محاسبه ی پارامترهای آشفتگی(نوسانات سرعت های سه بعدی و تنش های رینولدز) نحوه حمل رسوبات به سمت پایین دست کانال و ابعاد چاله آبشستگی و محل حداکثر و شروع آبشستگی به خوبی پیش بینی شده است. در حالی که پارامتر انرژی جنبشی آشفتگی ارتباط مناسبی با الگوی آبشستگی ندارد. توزیع تنش برشی بستر محاسبه شده از طریق نوسانات سرعت های سه بعدی نشان می دهد که شروع و حداکثر عمق آبشستگی در محل حداکثر تنش برشی اتفاق افتاده است. نتایج الگوی آبشستگی با بستر متحرک بیانگر صحت پیش بینی های انجام شده با الگوی جریان در حالت بستر تخت می باشد. مقایسه بین آبشستگی پیرامون آبشکن های سری سرسپری مستغرق و غیرمستغرق بیانگر کاهش ابعاد و حجم چاله آبشستگی در حالت مستغرق می باشد. با افزایش درصد استغراق و کاهش فاصله آبشکن ها حجم و ابعاد چاله آبشستگی کاهش یافته است. در حالت غیر مستغرق برای آبشکن های جاذب ابعاد و حجم چاله ی آبشستگی در تمام فواصل قرارگیری آبشکن ها کمتر از آبشکن های دافع است. در حالت مستغرق در درصدهای استغراق 15%، 25% و50% حداکثر عمق آبشستگی آبشکن اول و دوم برای آبشکن های دافع کمتر از آبشکن های جاذب است در حالی که در حداکثر عمق آبشستگی آبشکن سوم، ابعاد و حجم چاله ی آبشستگی و میزان رسوب گذاری در پایین دست در تمام فواصل قرار گیری آبشکن ها مانند حالت غیر مستغرق عمل می کنند. در نهایت روابطی مناسب جهت تعیین حداکثر عمق، ابعاد و حجم چاله آبشستگی نیز ارائه گردید.