فهرست مطالب

  • سال دهم شماره 4 (زمستان 1394)
  • تاریخ انتشار: 1394/12/21
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • داود محمودزاده، حامد کتابچی*، بهزاد عطایی آشتیانی صفحات 1-15
    حدود 60 درصد از جمعیت جهان در فاصله 60 کیلومتری از سواحل زندگی می کنند. در مناطق ساحلی، آبخوان های ساحلی از مهمترین منابع تامین آب شیرین زیرزمینی می باشند و انتظار می رود که تاثیرات تغییرات اقلیم در کوتاه مدت و یا در بلند مدت از عوامل تهدید کننده این آبخوان ها باشند. به طور کلی پیش بینی می شود که تغییرات اقلیم از جمله افزایش سطح آب دریاها باعث افزایش پیشروی آب شور در آبخوان های ساحلی شود. مطالعه حاضر بر روی یک آبخوان محصور صورت گرفته است و هدف اصلی، بررسی رفتار پیشروی آب شور در آبخوان های ساحلی به دلیل اثرات تغییرات اقلیم و مشخصه های آبخوان است. برای مدل سازی دوبعدی سیستم آب زیرزمینی و تعیین مقدار پیشروی آب شور از برنامه عددی سوترا استفاده شده است. اثر افزایش سطح آب دریا بر اساس پیش بینی انجمن بین دولتی تغییرات اقلیم در سال 2013 در حالت های دائمی و غیردائمی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که اثر دائمی افزایش سطح آب دریا در آبخوان محصور، تاثیر ناچیزی بر مقدار پیشروی آب شور دارد. در حالت غیردائمی، مکانیزم برگشت پیشروی آب شور به دلیل پاسخ سیستم آب زیرزمینی به افزایش سطح آب دریا قابل مشاهده می باشد. بررسی این مکانیزم نشان می دهد که در بازه ای از زمان ها، پیشروی به بیشترین مقدار می رسد و پس از آن به تدریج به حالت اولیه خود باز می گردد. نتایج این مطالعه می تواند در نمونه های واقعی آبخوان های ساحلی نیز به کار گرفته شده و در تحلیل رفتار آنها کمک کننده و راه گشا باشد.
    کلیدواژگان: آبخوان ساحلی محصور، آب زیرزمینی، افزایش سطح آب دریا، پیشروی آب شور، تغییرات نرخ تغذیه
  • بیژن کیانوش، داود احمدیار* صفحات 17-33
    پدیده های لایه بندی و اختلاط در مخزن سد می توانند پارامترهای کیفی آب را در طول سال در تراز های مختلف آبگیری به مقدار زیادی تحت الشعاع قرار دهند. یک روش مرسوم برای از بین بردن لایه بندی و ایجاد اختلاط در مخزن، هوادهی به بدنه آبی از کف مخزن می باشد. در صورت طراحی صحیح سیستم هواده با توجه به قدرت لایه بندی می توان بازده فرایند را تا حد امکان افزایش داد. در این پژوهش از یک مدل تجاری کاملا سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی (Fluent) برای مطالعه اختلاط مصنوعی لایه بندی حرارتی در یک مخزن آزمایشگاهی استفاده شده است. زیربرنامه هایی به منظور حل دقیق مساله مورد بررسی، تحت عنوان توابع UDF به کد اصلی نرم افزار اضافه گردیدند. بر اساس نتایج حاصل شده از مدل عددی، قدرت لایه بندی عامل تعیین کننده ای در میزان انرژی لازم برای اختلاط کامل در مخزن می باشد. همچنین با بررسی اختلاط در دو مخزن با قدرت لایه بندی برابر، مشخص گردید که با کاهش میزان هوای تزریق شده به سیستم، میزان کم تری از انرژی ورودی به سیستم طی آشفتگی اضمحلال می یابد و در نتیجه آن، بازده اختلاط مصنوعی افزایش پیدا خواهد کرد. با توجه به نتایج پژوهش حاضر توصیه می شود طراحی سیستم هواده به گونه ای باشد که عدد پلوم در محدوده بیش از 400 قرار گیرد.
    کلیدواژگان: لایه بندی حرارتی، اختلاط مصنوعی، دینامیک سیالات محاسباتی، پلوم حباب
  • ماندانا ناجی ابهری*، مرضیه ایرانشاهی، مسعود قدسیان، بهار فیروزآبادی صفحات 35-50
    با توجه به رسوبگذاری جریان های گل آلود در مخازن سدها، شناخت هیدرودینامیک این جریان ها می تواند نقش بسزایی در شناخت پدیده های حاکم داشته باشد. استفاده از موانع نفوذناپذیر بر سر راه این جریان ها یک راهکار موثر در افزایش عمر مفید سدها خواهد بود. در این تحقیق تاثیر حضور مانع نفوذناپذیر مثلثی بر مکانیزم حرکت جریان های گل آلود، بصورت آزمایشگاهی بررسی شده است. سرعت بدنه جریان گل آلود در عمق، با استفاده از سرعت سنج صوتی اندازه گیری شده و پروفیل های غلظت جریان از روش ABS و بر اساس داده های پراکنش محاسبه شده اند. نتایج نشان می دهد که وجود مانع سبب کاهش سرعت پیشروی پیشانی جریان گل آلود در طول کانال، بطور میانگین تا 35 درصد می شود. امواج شکل گرفته در بالادست مانع از نوع A می باشد. شکل گیری پرش هیدرولیکی بعد از مانع سبب شده است که رژیم جریان ضمن عبور از مانع از حالت فوق بحرانی به حالت زیربحرانی تغییر یابد. وجود مانع سبب شکل گیری و تغییر در پروفیل های سرعت در بالا دست مانع می شود. به علت وجود مانع یک حوضچه ته نشینی رسوب در بالادست مانع شکل گرفته که محل مناسبی برای ته نشینی و بدام انداختن رسوبات می باشد. راندمان تله اندازی ذرات رسوب در پایین دست مانع نسبت به مقادیر مشابه در حالت بدون مانع بطور میانگین تا 33 درصد افزایش یافته است.
    کلیدواژگان: مانع، مخزن، جریان گل آلود، پروفیل های سرعت، پروفیل های غلظت، عدد فرود چگالی محلی
  • مجتبی کریمایی طبرستانی، حمیدرضا آذرمیدخت، امیررضا زراتی *، صادق انوری صفحات 51-64
    استفاده از سنگچین به عنوان یکی از معمول ترین روش های کنترل و کاهش آبشستگی در اطراف پایه های پل مطرح می باشد. طراحی اندازه سنگچین بر اساس بزرگ ترین نیروی ناشی از جریان که فقط بر یک محدوده کوچک در اطراف پایه پل به عنوان ناحیه بحرانی اعمال می شود، انجام می گیرد. در حالیکه گستره لایه سنگچین در اطراف پایه پل محدوده وسیعی را، مخصوصا در پایه های مستطیلی در بر می گیرد. در نتیجه با توجه به اینکه شدت نیروهای جریان در نواحی مختلف اطراف پایه متفاوت می باشد، می توان برای نیل به طرحی بهینه و اقتصادی، از سنگ هایی با ابعاد مختلف در محدوده گستره سنگچین استفاده نمود که هدف از تحقیق حاضر می باشد. بدین منظور، مطالعه آزمایشگاهی برای برآورد ابعاد مختلف سنگچین بر روی پایه های پل با مقطع مستطیلی و در دو حالت محافظت شده با طوق و بدون طوق انجام گرفته است. نسبت ابعادی (نسبت طول به عرض) پایه های مورد مطالعه در محدوده 3 تا 7 قرار دارد که تحت زوایای قرار گیری متفاوت (بین صفر تا 20 درجه) نسبت به راستای جریان نصب شده اند. نتایج نشان داد که در حالت پایه های بدون محافظ مستقیم و نسبت طول به عرض مختلف تنها کافیست سنگچین طراحی (بر اساس بزرگترین نیروی جریان) در 8% سطح گستره سنگچین دور پایه ریخته شود و در مابقی مناطق، اندازه پایدار سنگ را می توان به میزان 38% کاهش داد. همچنین با افزایش زاویه قرارگیری پایه به علت گسترده تر شدن ناحیه بحرانی، محدوده قرارگیری سنگچین طراحی افزایش می یابد. در نهایت آزمایش ها نشان داد که در حالت پایه های محافظت شده با طوق، به علت حفاظت از بستر دور پایه توسط طوق، محدوده سنگچین طراحی نسبت به حالت بدون طوق کمتر می باشد که میزان کاهش بستگی به زاویه قرارگیری پایه دارد.
    کلیدواژگان: پایه پل، آبشستگی موضعی، طراحی بهینه سنگچین، طوق محافظ، ناحیه بحرانی شکست سنگچین
  • یادداشت تحقیقاتی
  • بهزاد قربانی*، مرجان پارس مهر صفحات 65-72
    وجود پایه و تکیه گاه یک پل در بستر یک آبراهه موجب کاهش سطح مقطع و انقباض جریان می شود. در چنین شرایطی علاوه بر آب شستگی موضعی کنار پایه و تکیه گاه سازه، زمینه لازم برای وقوع پدیده آبشستگی انقباضی نیز فراهم می شود. مطالعه حاضر با هدف بررسی تاثیر تنگ شدگی بر آب شستگی تکیه گاه پل و تاثیر کاربرد صفحات مستغرق برای جلوگیری یا کنترل آن انجام شد. برای این منظور، چهار تنگ شدگی با نسبت های 333/0، 500/0، 667/0 و 833/0 در یک فلوم آزمایشگاهی با بستر رسوبات غیر چسبنده به قطر متوسط 78/0 میلی متر ایجاد شد. آنگاه از سه جفت صفحه مستغرق با سه زاویه حمله 10، 20 و 30 درجه در بستر فلوم برای محافظت تکیه گاه ها استفاده شد و آزمایش ها با سه دبی نسبی 5/0، 75/0 و 1 دنبال شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که با کاهش عرض جریان عمق آب شستگی افزایش می یابد و کاربرد صفحات مستغرق موجب کاهش آب شستگی کنار تکیه گاه به میزان حداکثر 75 درصد می شود.
    کلیدواژگان: آب شستگی، تکیه گاه، تنگ شدگی، زاویه حمله، صفحات مستغرق
  • فروغ غلامی*، حسین محمد ولی سامانی، علی حقیقی صفحات 73-81
    تحلیل و طراحی شبکه های آبرسانی، عموما با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی به صورت مقادیر قطعی انجام می شود؛ درحالی که پارامترهای ورودی شبکه آبرسانی مقادیری غیرصریح و دارای عدم قطعیت می باشند. پارامترهای ورودی موردمطالعه در این تحقیق، ضرایب زبری لوله ها و مصارف گرهی می باشند. مقدار ضریب زبری لوله ها با افزایش سن شبکه آبرسانی و مقدار مصارف گرهی با تغییر در تراکم جمعیت و الگوی مصرف، تغییر می کنند. عدم قطعیت در پارامترهای ورودی می تواند به طور قابل ملاحظه ای نتایج به دست آمده از مدل شبیه ساز هیدرولیکی شامل دبی لوله ها و فشار در گره ها را دستخوش تغییر کند. برای تحلیل عدم قطعیت، در این تحقیق از نظریه مجموعه فازی استفاده شده است. عدم قطعیت در ضریب زبری لوله ها و مصارف گرهی به صورت عدد فازی وارد مساله می شود. در این تحقیق، میزان یکنواختی توزیع جریان در لوله های شبکه از طریق محاسبه نوسانات جریان با استفاده از مفهوم انحراف معیار دبی ها، به عنوان پاسخ مورد ارزیابی در نظر گرفته شده است. برای بررسی عدم قطعیت میزان انحراف معیار دبی ها، اعداد فازی ورودی به سطوحی با تابع عضویت مشخص منقطع شده اند و در هر سطح دو مساله بهینه سازی برای محاسبه مقادیر حداقل و حداکثر انحراف معیار دبی ها انجام شده است.
    با مشاهده نتایج می توان گفت هر چه عدد فازی متغیر خروجی نسبت به عدم قطعیت پارامترهای ورودی، در محدوده کوچکتری تغییر کند و عدم قطعیت کمتری داشته باشد، آن طرح نسبت به تغییراتی مانند افزایش عمر شبکه یا مصرف، مقاوم تر بوده و در نتیجه مناسب تر است.
    کلیدواژگان: شبکه آبرسانی، یکنواخت سازی جریان، نوسانات دبی، عدم قطعیت، منطق فازی
|
  • Davood Mahmoodzadeh, Hamed Ketabchi *, Behzad Ataie, Ashtiani Pages 1-15
    Approximately, 60 percent of the world's populations are living at a distance of 60 kilometers from the coasts. In coastal zones, coastal aquifers are the most important resources of the available freshwater. It is believed that short-term or long-term impacts of the climate changes affect such aquifers. In general, it is predicted that climate changes e.g. sea-level rise (SLR) cause an increase in seawater intrusion (SWI) in the coastal aquifers. A confined coastal aquifer is considered in this study. The main objective is to investigate sea water intrusion phenomena occurring in the coastal aquifers due to climatic change impacts and aquifer parameters. For 2D simulation of groundwater system and SWI determination, a numerical model, SUTRA is used. The impact of SLR based on IPCC (2013) predictions are assessed under both steady-state and transient conditions. The results obtained for a confined coastal aquifer show that SLR effect on salt wedge is negligible under steady-state condition. Under transient condition, a self-reversal mechanism is observed due to groundwater system response to SLR. At the early time, SWI reached the maximum value, and then with time gradually returns to its initial state. The results of this study can be applied to real cases of coastal aquifers. Such aquifer-behavior analyses can be really helpful and useful for further explorations.
    Keywords: Confined coastal aquifer, Groundwater, Sea, level rise, Seawater intrusion, Recharge rate variations
  • Bijan Kianoush, D. Ahmadyar* Pages 17-33
    Thermal stratification and mixing can greatly change the water quality in a reservoir during a year. A conventional method to de-stratify the reservoir is using a bubble plume produced by an air diffuser system. If the aeration system designed properly, maximum efficiency can be achieved. In this paper a full three dimensional computational fluid dynamics model using ANSYS Fluent software employed to study the artificial de-stratification process in a laboratory tank. Because of some deficiencies in Fluent software and in order to produce more accurate results, UDF codes were written and added to the CFD model. Based on the results, stratification strength is a critical factor which controls the energy required for mixing the reservoir. It is also concluded that by reducing the amount of gas injected to the reservoir, less energy dissipates through turbulence. Therefore, the efficiency of de-stratification process will increase. According to the results, it is recommended that aeration system should be designed to work when plume number is around 400.
    Keywords: Thermal stratification, Artificial de, stratification, Computation fluid dynamics, Bubble plume
  • Mandana Naji Abhari* Pages 35-50
    Due to the deposition of density flows in reservoirs, understanding hydrodynamic phenomena governing these flows can have a significant role in their recognition. Use of impermeable obstacles in the course of these currents will be an effective way in increasing the useful life of dams. In this research the effect of the presence of impermeable triangular obstacle on the mechanism of turbidity currents have been investigated experimentally. Velocity of body zone in depth of turbidity current measured by using acoustic doppler velocimeter (ADV) and the concentration profiles are calculated based on ABS method and data distribution. Results show that the obstacle caused an average decrease in velocity of turbidity current head about 35 percent. Waves formed in the vicinity of upstream obstacle are of type A. The formation of a hydraulic jump downstream of obstacle caused changes in the current regime from supercritical to subcritical. Obstacle has led to form new areas of velocity profiles in its upstream part. The presence of obstacle, creates on its upstream a perfect place for settling and trapping sediments. The efficiency of trapping sediment downstream of the obstacle in comparison with the same conditions without obstacle increases about 33 percent.
    Keywords: Flow velocity, Flow regime, Velocity profile, Concentration profile, Local Densimetric Froud number
  • Mojtaba Karimaee Tabarestani, A.R. Zarrati* Pages 51-64
    Riprap layer is the most commonly employed countermeasure against scouring around bridge piers. Due to the large area of high intensity flow around a pier, riprap layer extent is large, especially in the case of skewed rectangular piers. Stable riprap size is designed so that it can resist the highest flow forces in the critical region around a pier. However, as the strength of flow forces around a pier is different, smaller riprap sizes can be used in the areas with lower flow forces to get optimum design. In the present study, extent of riprap layer with different sizes around bridge piers is investigated. Three different rectangular piers with or without an attached protective collar aligned with the flow and skewed at different angles are tested. The ranges of aspect ratio for the piers and skew angle were 3 to 7 and 0o to 20o, respectively. The optimal configurations of riprap extent for each pier condition with different sizes were determined. Experiments showed that in the case of aligned rectangular pier without a collar only 8% of the area around the pier is critical and the remaining 92% area can be protected with about 38% smaller riprap stones. As the skew angle of the pier increases, the critical area increases too. In case of protected pier with collar, the collar prevents the region around the pier and therefore, the extent of riprap layer decreases compared to unprotected pier with similar flow condition.
    Keywords: Bridge pier, Local scour, Optimized riprap design, Collar, Critical region
  • Behzad Ghorbani *, Marjan Parse Mehr Pages 65-72
    When a bridge pier or abutment is built on a river bed, a contraction in the river flow section occurs. Under this condition, in addition to local scour at pier and abutments, contraction scour also takes place on the river bed. The objective of the present study is to investigate the effect of channel contraction on abutment scour and application of submerged vanes to prevent or control it. For this purpose, four different contraction sections, of 0.833, 0.667, 0.500 and 0.333 relative width are installed in an experimental flume furnished with non-cohesive materials with median size of 0.78 mm. In this research, three double vanes were tested. Vanes were arranged with three angles of attack namely, 10, 20 and 30 degrees with respect to the channel center line. All experiments were repeated for 3 discharges, 20, 30 and 40 lit/sec. Results of this research showed that the maximum reduction in the bed elevation due to scouring was 75 percent for relative width of, 0.833 of angle of attack of 20̊ and relative flow equal to 0.5.
    Keywords: Abutment, Angle of attack, Contraction scour, Submerged vanes
  • Foroogh Gholami *, Hossein Mohammad Vali Samani, Ali Haghighi Pages 73-81
    Analysis and design of water distribution networks are generally done by considering the magnitudes of the required input data as certain ones, whereas they are not. In this research, uncertainty of pipe roughness and nodal demands are considered in the input data. Pipe roughness is increasing due to aging and nodal demands may vary because of the change of population density and consumption pattern. These variations lead to uncertainties which may change the results of the network analysis such as pipe discharges and nodal pressures. The fuzzy set theory is used in this research. In this regard, the pipe roughness and nodal demands are considered to be fuzzy parameters. The effect of these parameters on the uniformity of flow distribution in the water distribution network which is defined as the standard deviation of the discharges in pipes is evaluated. Maximum and minimum standard deviation are obtained by using the genetic algorithm as an optimization tool.