مطالعه آزمایشگاهی و عددی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در پیچ 90 درجه کانال
چکیده
امروزه نقش رودخانه های طبیعی به عنوان یکی از اصلی ترین منابع تأمین آب و انرژی مورد نیاز بشر، انکارناپذیر می باشد. رودخانه های طبیعی به ندرت به صورت مستقیم بوده و وجود قوس های متعدد یکی از مشخصه های اصلی رودخانه های جاری در مناطق کم شیب می باشد. بررسی هیدرولیک جریان رودخانه های قوس دار به دلیل وجود جریان حلزونی شکل ایجاد شده در قوس، که موجب فرسایش در قوس خارجی و رسوبگذاری در قوس داخلی می گردد، از پیچیدگی خاصی برخوردار است و همین امر باعث جلب توجه محققین و مهندسین در انجام مطالعات فرسایش و رسوب در پیچ شده است. در مطالعه حاضر آزمایشاتی با هدف بررسی الگوی فرسایش و رسوبگذاری در پیچ 90 درجه یک کانال آزمایشگاهی انجام شده است و داده های آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی عددی مقایسه شده است. آزمایشات در یک کانال بزرگ آزمایشگاهی با مقطع مستطیلی که عرض آن 92/0 سانتیمتر و دارای شعاع انحنای 3 متر بود، انجام گردید. بعد از تهیه مصالح ماسه برای بستر کانال، آزمایشاتی با دبی های مختلف انجام شد و پارامترهای عمق، سرعت جریان و همچنین تغییرات بستر کانال در زمان های مختلف و در مقاطع عرضی مختلف در طول قوس برداشت شد. نتایج حاصل از آزمایشات حاکی از وقوع فرسایش در قوس خارجی و رسوبگذاری در قوس داخلی کانال و افزایش مقدار فرسایش و رسوبگذاری با افزایش عدد فرود بود. همچنین مطالعه الگوی جریان نشان داد که سرعت ماکزیمم در ابتدای قوس در مرکز کانال بوده و با وارد شدن به داخل قوس سرعت ماکزیمم به دیواره داخلی نزدیک می شود، با پیشروی در داخل قوس و با قدرت گرفتن جریان ثانویه، محل سرعت ماکزیمم به سمت دیواره خارجی متمایل می شود. شبیه سازی عددی با نرم افزار مایک انجام شده است، نتایج شبیه سازی عددی نشان می دهد نرم افزار مایک محل وقوع فرسایش و رسوبگذاری را به خوبی نشان داده و نتایج داده های حاصل از آزمایشات در بازه های زمانی مختلف، با داده های شبیه سازی شده هماهنگ می باشد، ولی مدل نمی تواند توزیع صحیحی از سرعت جریان را نشان دهد و این به علت دوبعدی بودن مدل می باشد، که تأثیر جریان ثانویه به خوبی نشان داده نمی شود