فهرست مطالب

  • سال یازدهم شماره 4 (زمستان 1395)
  • تاریخ انتشار: 1395/12/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مقاله کامل
  • رضا براتی، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری، گودرز احمدی صفحات 1-17
    در پژوهش حاضر یک مدل عددی سه بعدی برای شبیه سازی حرکت دانه های رسوب بر مبنای رویکرد اویلری-لاگرانژی توسعه داده شده است. نیروهایی که بر دانه های رسوب وارد می گردند شامل درگ، لیفت برشی، لیفت چرخشی (مگنوس)، شناوری، جرم اضافه شده، تاریخی بست و همچنین گشتاور چرخشی هستند. معادلات دیفرانسیل مومنتم غیرخطی مرتبه دوم برای محاسبه سرعت های خطی و زاویه ای و همچنین موقعیت دانه های رسوب استفاده شده اند. علاوه بر اینکه نوسانات جریان آشفته در سه جهت در مدل گنجانده شده است، قابلیت شبیه سازی حرکت دانه های رسوب به صورت پرش های متوالی از طریق یک مدل برخورد رسوبات در نظر گرفته شده است. این دو عامل منجر به ماهیت کاملا تصادفی مدل می شوند. صحت سنجی مدل توسعه داده از طریق بررسی اثر حداقل تعداد پرش لازم برای استقلال آماری نتایج و همچنین مقدار گام زمانی انجام شده است. اعتبار سنجی مدل با مقایسه داده های معتبر آزمایشگاهی با نتایج مدل برای محدوده ی ماسه ریز تا شن درشت در ارتباط با پارامترهای مختلف انتقال رسوب شامل طول پرش، ارتفاع پرش و سرعت متوسط پرش انجام شده است. به منظور بررسی صلاحیت مدل مفهومی اثر حذف برخی از نیروها و نوسانات جریان آشفته که در مطالعات پیشین بر روی استفاده از آن ها اتفاق نظری نبوده، مطالعه شده است. نتایج حاکی از آن است که مدل توسعه داده شده قابلیت آن را دارد که به عنوان یک آزمایشگاه عددی برای بررسی عوامل مختلف موثر بر انتقال رسوب در مرحله پیش بینی مورد استفاده قرار گیرد. این موضوع در بخش دوم این سری مقالات مد نظر قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی عددی، مدل سه بعدی، رویکرد اویلری، لاگرانژی، انتقال رسوب، پرش رسوبات
  • رضا براتی، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری، گودرز احمدی صفحات 19-28
    در این پژوهش، مدل سه بعدی اویلری-لاگرانژی انتقال رسوب توسعه داده شده در بخش اول این سری مقالات، به منظور پیش بینی اثرات زبری بستر کانال، دمای آب (اثر لزجت) و چگالی دانه های رسوب مورد مطالعه قرار گرفته است. پارامترهای انتخاب شده هم از نظر هیدرولیک انتقال رسوب و هم از نظر بررسی عدم قطعیت داده های آزمایشگاهی مهم هستند. نتایج نشان می دهد که افزایش زبری بستر منجر به کاهش مشخصات پرش و در نتیجه میزان انتقال بار بستر می گردد. همچنین اثر دمای (لزجت) آب در محدوده ماسه اثرات قابل توجهی دارد و ضروری است به منظور کاهش عدم قطعیت داده های آزمایشگاهی تحت کنترل قرار بگیرد. اثر چگالی رسوبات بر نرخ انتقال رسوب هم در محدوده ماسه و هم شن قابل توجه است و در نظر گرفتن دانه های با چگالی متفاوت از رسوبات طبیعی در مطالعات آزمایشگاهی می تواند اثرات قابل توجهی بر نتایج داشته باشد.
    کلیدواژگان: انتقال رسوب، تحلیل حساسیت، زبری بستر، دما (لزجت) آب، چگالی
  • سید احمدرضا شاهنگیان، مسعود تابش، محمدحسین میرآبی صفحات 29-44
    تاکنون تحقیقات اندکی بر روی تاثیر شرایط محیطی بر دبی خروجی از محل نشت انجام شده است. برخی از این تحقیقات نشان می دهند که شرایط محیطی می توانند بر دبی نشت تاثیرگذار بوده و در مقابل برخی دیگر تاثیر این شرایط را کاملا رد می کنند. در همین راستا با هدف بررسی تاثیر شرایط محیطی بر دبی نشت، آزمون هایی بر روی مجموعه آزمایشگاهی گردشی تحت فشار بالا ساخته شده در دانشکده فنی دانشگاه تهران، انجام شد. آزمون ها در حالت تخلیه به هوای آزاد، بر روی یک لوله فولادی به قطر 110 میلی متر و با منفذ نشت مدور، در محدوده وسیعی از فشارها تا فشار 50 متر انجام شد. در ادامه با استناد به نتایج آزمون های آزمایشگاهی، مجموعه آزمایش در محیط نرم افزار انسیس مدل سازی عددی شده و یک مدل ریاضی آشفتگی مناسب برای آن استخراج شد. سپس به کمک تحلیل عددی در حالت مستغرق در آب، به بررسی تاثیر شرایط محیطی بر روی دبی نشت پرداخته شد. نتایج حاصل از این تحقیق، نشان می دهد که وجود آب و نوسانات فشار در محل جت مستغرق، بر دبی خروجی از محل نشت تاثیرگذار بوده و مقدار آن را در مقایسه با نشت در حالت تخلیه به هوای آزاد کاهش می دهد. بر اساس نتایج حاصل، اثر این کاهش فشار در فشارهای حدود 5 متر، می تواند تا حدود 55 درصد بر دبی خروجی از محل نشت در حالت مستغرق نسبت به حالت نشت در هوای آزاد اثرگذار باشد؛ اما در فشارهای بالای 20 متر این اثر ناچیز بوده و به زیر 10 درصد کاهش می یابد. البته مقدار این کاهش به تراز ارتفاعی آب روی محل نشت و میزان فشار داخل لوله بستگی دارد. درنهایت رابطه ای بین دبی خروجی از محل نشت و فشار داخل مجموعه ارائه شده است.
    کلیدواژگان: ANSYS، آزمایشگاهی، رابطه نشت، فشار، لوله فولادی، جت مستغرق
  • سید حسین مهاجری، مصطفی نبی پور صفحات 45-56
    ساختارهای منسجم در جریان های لایه مرزی موجب انتقال مومنتم های جریان و تولید انرژی آشفتگی می شوند. در شرایط توسعه یافتگی کامل جریان و در بالای زیر لایه لزج، ساختارهای منسجمی مانند پدیده های جهش و جاروب و نیز گردابه های سنجاقی تشکیل می شوند. به منظور شناسایی این ساختارهای آشفته روش های گوناگونی مانند آنالیز کوآدرانت و بررسی مقادیر لحظه ای سرعت سیال مورد استفاده قرار می گیرند. در مطالعه حاضر به بررسی دقت و کارایی این روش ها در جریان سطح آزاد روی بستر غیر صاف پرداخته می شود. بدین منظور میدان جریان در یک بستر شنی به روش سرعت سنجی تصویری ذرات اندازه گیری شده است. بررسی نتایج مطالعه حاضر نشان می دهد که با وجود قابلیت هر دو روش در تشخیص و شناسایی ساختارهای جهش و جاروب در نقاط با فاصله اندک از بستر، نتایج حاصله در نزدیکی و در بین المان های زبر بستر با یکدیگر متفاوت می باشند. این واقعیت از آنجا ناشی می شود که از نقطه نظر مفهومی به علت غیرصفر بودن مولفه قائم متوسط سرعت و نیز ماهیت سه بعدی جریان در شرایط بستر غیر صاف، استفاده از روش کوآدرانت صحیح به نظر نمی رسد. برهمین اساس پیشنهاد می شود که در شرایط بستر غیر صاف برای تشخیص ساختارهای جهش و جاروب از روش بررسی مقادیر لحظه ای سرعت جریان و یا روش بهبود یافته آنالیز کوآدرانت استفاده شد.
    کلیدواژگان: بستر غیر صاف، آنالیز کوآدرانت، ساختارهای منسجم، جریان کانال روباز، سرعت سنجی تصویری ذرات
  • یادداشت تحقیقاتی
  • خداداد صفوی، امیر رضا زراتی، عبدالرضا کرمی نژاد صفحات 57-63
    طول موثر سرریزها یکی از پارامترهای موثر در آبگذری آنها بوده و هر چه بیشتر باشد، هد آب روی سرریز و به دنبال آن ارتفاع سد کاهش می یابد. از طرفی افزایش مستقیم طول سرریز، موجب ازدیاد حجم حفاری ها و همچنین پهنای تندآب شده و هزینه های طرح را افزایش می دهد. افزایش طول سرریز در یک فضای محدود راهکاری برای کاهش هزینه ها می باشد که سرریزهای تاج قوسی نمونه ای از این نوع می باشد. در مقاله حاضر به کمک یک مدل آزمایشگاهی، آبگذری یک سرریز (اوجی) تاج مستقیم و آبگذری یک سرریز با طرحی جدید و با تاج قوسی که هر دو در تندآبی با پهنایی یکسان قرار داشتند، اندازه گیری شده است. از مقایسه نتایج مشخص شد که محدوده ضرایب آبگذری سرریز قوسی طراحی شده مشابه سرریز مستقیم بوده و کاهش قابل ملاحظه ای ندارد. این در صورتی است که طول سرریز قوسی و در نتیجه آبگذری آن بیشتر می باشد. به این شکل طراحان می توانند با قوسی کردن سرریزهای مستقیم ظرفیت آبگذری آن را در پهنای ثابتی از تندآب افزایش دهند. البته باید توجه داشت که تبدیل از مقطع قوسی به مقطع تندآب و شکل دیوارهای هدایت باید به صورتی طراحی شود که موج های ضربه ای و اختلال در جریان رخ ندهد.
    کلیدواژگان: آبگذری سرریز، طول موثر سرریز، سرریز تاج قوسی، مدل آزمایشگاهی
  • مسعود هاشمی کربلایی، خسرو حسینی، حجت کرمی، ناصر نیک نیا صفحات 65-70
    سد فریمان، یک سد تاریخی در استان خراسان رضوی و در شهری با همین نام است و تاکنون کار آزمایشگاهی و یا بررسی های میدانی در هیچ یک از سازه های این سد ازجمله حوضچه آرامش آن صورت نگرفته است. ازآنجایی که حفظ این اثر تاریخی لازم و ضروری است، لذا بایستی عملکرد این سد در شرایط طرح مورد بازنگری قرار گیرد تا سازه ی سد در اثر عملکرد نادرست دچار تخریب نگردد. این سد دارای حوضچه آرامش غیر تیپ برای تخلیه کننده عمقی می باشد. در این مقاله، چگونگی عملکرد حوضچه آرامش این سد با استفاده از نرم افزار Flow-3D بررسی گردیده است. در ابتدا، صحت عملکرد نرم افزار در مدل سازی پدیده جریان در حوضچه آرامش با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی به اثبات رسیده است. سپس مدل عددی حوضچه آرامش سد فریمان ساخته شد و دو مشخصه سرعت و عدد فرود بررسی شده و عملکرد حوضچه آرامش مورد ارزیابی گرفته است. در این تحقیق مشخص شد که عملکرد این حوضچه برای شرایط طرح مناسب نمی باشد. در ادامه طرح پیشنهادی برای تصحیح عملکرد این حوضچه ارائه شد.
    کلیدواژگان: حوضچه ی آرامش، شبیه سازی عددی، صحت سنجی، سرعت جریان، عدد فرود، علاج بخشی، حوضچه های غیر متعارف
|
  • Reza Barati, Seyed Ali Akbar Salehi Neyshabouri, Goodarz Ahmadi Pages 1-17
    In the present research, a 3D numerical model of the sediment grain movement has been developed based on the Eulerian-Lagrangian perspective. The forces which act on sediment grains are non-linear drag force, the shear lift force, the rotational lift (Magnus) force, the buoyancy force, the added mass force, the Basset history force and torque. Second-order nonlinear ordinary differential equations have been used to calculate linear and angular velocity vectors and also the position of sediment grains. Two parts including turbulent fluctuations in 3D space and a stochastic bed-particle collision model have been considered in the modeling procedure. The verification of the developed model has been examined for two important issues including the minimum number of jumps for statistical convergence and the appropriate value of the time step. The validation of the model has been performed using reliable experimental data in terms of the saltation height, length and streamwise particle velocity for the ranges of fine sand to coarse gravel. To evaluate the qualification of the conceptual model, the effects of the elimination of some forces and turbulent fluctuations, where do not exist consensus on the use of these factors in the previous researches, have been studied. The results indicated that the developed model can be considered as a numerical lab to study different aspects of the sediment transport in the prediction step, which will be performed in the part B of this series.
    Keywords: Numerical simulation, 3D model, Eulerian-Lagrangian procedure, Sediment transport, Saltation
  • Reza Barati, Seyed Ali Akbar Salehi Neyshabouri, Goodarz Ahmadi Pages 19-28
    In the present research, the developed 3D Eulerian-Lagrangian model of the sediment transport in Part A of this series is used to predict the effects of the bed-roughness height, water temperature (viscosity) and density of sediment grains. The selected parameters for the analyses are important both for sediment transport hydraulics and also uncertainties of experimental data. The results indicated that increasing bed-roughness height causes decrease in the saltation characteristics and consequently bed-load transport rate. The effects of water temperature (viscosity) are significant in the range of sand size, and it is necessary to keep it in the control for reducing uncertainties of experimental data. The sediment density has significant effects in both sand and gravel ranges, and thus the use of grains with different density compared to natural sediment can impose significant effects on experimental results.
    Keywords: Sediment transport, Sensitivity analysis, Bed-roughness height, Water temperature (viscosity), Density
  • Seyyed Ahmadreza Shahangian, Massoud Tabesh, Mohammad Hosein Mirabi Pages 29-44
    Few studies are made about the effect of environmental conditions on the leakage flow rate. Some of these researches show that environmental conditions play an important role in leakage flow rate. On the contrary, there are other researches opposing this idea. The purpose of this research is to investigate evidence of the effect of environmental conditions on leakage flow rate. Based on this idea, some tests were carried out in the college of engineering at the university of Tehran, using a circular experimental set up at high pressure discharging to the atmosphere. Various ranges of pressure up to 50 m of water were imposed on a 110 mm diameter aged steel pipe with some holes on the pipe surface. In the next step, by using the experimental results, an analytical model in ANSYS software was developed and outputs were compared with experimental data. Later a proper mathematical turbulent model was derived. Furthermore, the effect of submerged conditions was investigated by this appropriate numerical model. The results of this research showed that static pressure fluctuations in submerged jet had significant effect on discharge and the rate of leakage was reduced in comparison with atmospheric discharge. According to the results, pressure reduction in 5 m head pressure could affect the leakage discharge under submerged condition up to 55 percent when compared with the case of discharging to the atmosphere. With pressures above 20 m, smaller changes were observed. These changes were limited to less than 10 percent. The aforementioned reduction depended on the imposed head of water at leakage point and pressure value inside the pipe. Finally, a relationship between leakage outflow and internal pressure of pipe was proposed.
    Keywords: ANSYS, Experimental, Leakage head-discharge relationship, Steel pipe, Submerged jet
  • Seyed Hossein Mohajeri, Mostafa Nabipour Pages 45-56
    Coherent structures in wall turbulence boundary layer transport momentum and provide a means of producing turbulent kinetic energy. In fully developed flow and above viscous sub-layer, different coherent structures such as ejection and sweep and hairpin vortex can be formed which can be detected by various detection methods such as quadrant analysis and analysis of instantaneous velocity values. In the present study, we aim to explore the accuracy and efficiency of these methods in non-smooth bed free surface flows. To this end, laboratory measurements of flow field above a gravel bed were carried out using particle image velocimetry. Despite the fact that the results of both techniques above roughness elements are in agreement, it was not possible to see any coherency between the results of these techniques just between roughness elements. Such incoherency can be resulted by non-zero mean vertical velocity and three-dimensional nature of flow in non-smooth bed condition which makes application of quadrant analysis in this type of flow challenging. Therefore, using analysis of instantaneous velocity values or modified quadrant analysis can be suggested for correct estimation of sweep and ejection.
    Keywords: Non-smooth bed, Quadrant analysis, Coherent structures, Open channel flow, PIV
  • Khodadad Safavi, Amir Reza Zarrati, Abdoreza Karami Nejad Pages 57-63
    The effective length of spillway is an important factor in increasing its discharge capacity and consequently decreasing the head over the spillway crest and the dam height. On the other hand, increasing the straight crest length increases the chute width and volume of excavations. Increasing the effective length of the spillway in a limited width is a method to reduce the construction costs. Curved crest spillway is an example of such methods. In the present work, discharge coefficient of a curved crest ogee spillway is compared with a straight one, both with the same chute width in a physical model. Results showed that the discharge coefficient of the curved ogee crest is similar to the straight one. Therefore, discharge capacity of the curved ogee was more than the straight one due to its longer length. Based on the results of the present work, designers can increase the discharge capacity of ogee spillways by bending them in a constant chute width. It should be noticed that the transition between the curved ogee and the chute and also the upstream guide walls should be designed so that these transitions make no disturbance and shockwave.
    Keywords: Spillway discharge, Effective crest length, Curved crest spillway, Physical model
  • Masoud Hashemi Karbalaei, Khosrow Hosseyni, Hojjat Karami, Naser Niknia Pages 65-70
    Fariman dam is a historical dam located in Fariman City, Khorasan Razavi province, Iran. So far, experimental and field investigations has not been performed on this dam and its hydraulic structures such as stilling basin. Since the safety and preservation of this historical structure is necessary, its hydraulic performance must be evaluated under different design conditions. This dam has a special stilling basin for its bottom outlet structure. In this paper, the performance of the stilling basin is investigated by Flow-3D software. First, the accuracy of the software is demonstrated by an experimental model. Later, the numerical model of the stilling basin is constructed and two characteristics of flow: velocity and Froude number are verified in the stilling basin. It is shown that the the stilling basin did not have a proper performance under the design condition. Therefore, measures for improving its performance are recommended.
    Keywords: Stilling basin, Numerical simulation, Flow-3D, Preservation, Unusual stilling basin