بررسی عددی عملکرد صفحات مستغرق در پتانسیل آب‌شستگی و رسوب‌گذاری جریان کانال باز با تقاطع °90

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست و پژوهشکده مهندسی آب، دانشگاه تربیت مدرس ، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

4 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ایالتی کلرادو، کلرادو، آمریکا

چکیده

تقاطع کانال های باز پدیدهای رایج در رودخانه ها، کانال های زهکش، شبکه های آبیاری و دیگر موارد می باشد. شکل گیری ناحیه جدایش در لبه پایین-دست تقاطع (ناحیه با جریان های چرخشی و پتانسیل رسوب گذاری بالا) و نیز ناحیه انقباض در دیواره روبرویی تقاطع (ناحیه دارای سرعت های بالا و با پتانسیل آب شستگی زیاد) از مهمترین مشخصه های جریان در این کانال ها به حساب می آیند. تاکنون تحقیقات وسیعی در زمینه شناسایی الگوی جریان در این کانال ها و رفع مشکلات هیدرولیکی مذکور با کاربرد روش های مختلفی مانند اصلاح هندسه تقاطع، کاربرد دیوار جداکننده کانال جانبی، تغییر زاویه کانال جانبی و مانند آن، صورت گرفته است. در این تحقیق نیز استفاده از صفحات مستغرق به عنوان راه کاری به منظور کاهش آب شستگی و رسوب گذاری مورد بررسی کامل قرار گرفته است. بدین ترتیب که ابتدا مدل عددی یک نمونه آزمایشگاهی موجود تولید شده و نتایج آن صحت سنجی شده اند. در ادامه اثر راهکار مذکور بر الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفته و پارامترهای بهینه مربوطه (ارتفاع، چینش، تعداد و زاویه قرارگیری) ارائه شده است. نتایج این تحقیق کاهش قابل ملاحظه ای را در پتانسیل آب شستگی و رسوب گذاری جریان نشان می دهد. یک راهکار پیشنهادی، منجر به کاهش 89درصدی طول ناحیه جدایش و لذا تا حد زیادی کاهش پتانسیل رسوب گذاری گردیده است. همچنین، با بررسی نسبت دبی های مختلف کانال اصلی و جانبی، بهترین عملکرد صفحات در دبی نسبی 0/25مشاهده شده و کاربرد صفحات با ارتفاع بیش از نصف عمق جریان و/یا با زاویه بیش از 40درجه نسبت به راستای جریان اصلی، توصیه نمی گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Evaluation of Submerged Vanes Application in Sedimentation and Erosion Potential of Open-Channel Junctions Flow

نویسندگان [English]

  • S. Mohammadiun 1
  • S.A.A.r salehi neyshabouri 2
  • H. Parhizkar 3
  • H. Vahabi 4
1 Faculty of Civil & Environmental Engineering and Water Engineering Research Center, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Faculty of Civil & Environmental Engineering and Water Engineering Research Center, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Faculty of Aerospace Engineering, Malek-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
4 Mechanical Engineering Department, College of Engineering, Colorado State University, Colorado, USA
چکیده [English]

Open-channel junctions have been widely used in different hydraulic and agricultural networks. Formations of a low pressure zone with recirculating flow at downstream edge of the junction (with high sedimentation potential) accompanied by a high-velocity zone (with high erosion potential) located at the opposite wall of junction are the most characteristic features of flow in junctions. Literature addressed a lot of numerical studies on evaluation of flow pattern in open-channel junctions and elimination of aforementioned problems using geometrical modifications, application of lateral channel separating wall, implementation of oblique angles of lateral channel, and so on. Using submerged vane to reduce amount of erosion as well as sedimentation potential, has comprehensively been assessed in the present paper. First, the numerical model was validated by previous studies. Second, a large number of numerical models have been performed to evaluate the effects of mentioned solution in open-channel junctions. Moreover, optimal ranges of different submerged vane’s parameters have been introduced. The results showed a comprehensive reduction in sedimentation and erosion potential of open-channel junctions. For example, 89% reduction in length of separation zone has been detected in one of the proposed solution. In addition, the best performance of these vanes was observed in discharge ratio of 0.25. Moreover, applications of vane with height of more than 0.5h (h represents the water depth) and/or angle of more than 40° are not suggested.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Open-Channel Junction
  • Submerged Vane
  • Numerical Solution
  • Sedimentation
  • Erosion

اصل مقاله

 

 

 

 

مراجع

[1] J.L. Best, I. Reid, Separation Zone at Open-Channel Junctions, Journal of Hydraulic Engineering, 110(11) (1984) 1588-1594.
[2] A.S. Ramamurthy, L.B. Carballada, D.M. Tran, Combining Open Channel Flow at Right Angled Junctions, Journal of Hydraulic Engineering, 114(12) (1988) 1449-1460.
[3] L.J. Weber, E.D. Schumate, N. Mawer, Experiments on Flow at a 90° Open-Channel Junction, Journal of Hydraulic Engineering, 127(5) (2001) 340-350.
[4] J. Huang, L.J. Weber, Y.G. Lai, Three-Dimensional Numerical Study of Flows in Open-Channel Junctions, Journal of Hydraulic Engineering, 128(3) (2002) 268-280.
[5] H. Shamloo, B. Pirzadeh, Investigation of Characteristics of Separation Zones in T-Junctions, WSEAS Transactions on Mathematics, 7(5) (2008) 303-312.
[6] T. Zhang, W.-l. Xu, C. Wu, Effect of discharge ratio on flow characteristics in 90° equal-width open-channel junction, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 21(4) (2009) 541-549.
[7] C. Zeng, C.W. Li, A hybrid RANS-LES model for combining flows in open-channel T-junctions, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 22(5) (2010) 154-159.
[8] S.M. Borghei, A. Nazari, A. Alireza, Experimental study of sedimentation pattern in junctions, 6th civil engineering international conference, Isfahan University of Technology, Isfahan (2003).
[9] M. Omarai, S. Gohari, A. Falakoddin, Effects of junctions’ angle on flow pattern in rectangular channels, 11th Iranian hydraulic conference, Urmia University, Urmia (2012).
[10] S. Mohammadi, M. Shafaei Bajestan, Evaluation of erosion depth in curved junctions, 1st special conference about Methods for sustainable agriculture, Khuzestan (2011).
[11] S.M. Seyedian, M. Karami Moghaddam, M. Shafaei Bajestan, Evaluation of flow pattern in 90 degrees junction using SSIIM2, 4th national civil congress, Tehran (2008).
[12] S.R. Sabagh Yazdi, S. Birjandi, Numerical evaluation of effects of channel’s width ratio on separation zone dimensions, 1st Conference on Optimum Utilization of Water Resources of Karun and Zayanderud, Shahr-e Kord (2006).
[13] S. Mohammadiun, S.A.A. Salehi Neyshabouri, G. Naser, H. Parhizkar, H. Vahabi, Effects of Open-Channel Geometry on Flow Pattern in a 90° Junction, Iranian J. of Science and Technology, Transaction of Civil Eng., 39(C2+) (2015) 559-573.
[14] S. Mohammadiun, S.A.A. Salehi Neyshabouri, H. Parhizkar, H. Vahabi, Effect of separating wall geometry on flow pattern of a large-scaled 90° open-channel junction, Journal of Modares Civil Engineering, 16(3) (2016) 165-175.
[15] A.J. Odgaard, J.F. Kennedy, River‐Bend Bank Protection by Submerged Vanes, Journal of Hydraulic Engineering, 109(8) (1983) 1161-1173.
[16] Y. Wang, A.J. Odgaard, B.W. Melville, S.C. Jain, Sediment Control at Water Intakes, Journal of Hydraulic Engineering, 122(6) (1996) 353-356.
[17] F. Marelius, S.K. Sinha, Experimental Investigation of Flow Past Submerged Vanes, Journal of Hydraulic Engineering, 124(5) (1998) 542-545.
[18] S.K. Sinha, F. Marelius, Analysis of flow past submerged vanes, Journal of Hydraulic Research, 38(1) (2000) 65-71.
[19] S.-K. Tan, G. Yu, S.-Y. Lim, M.-C. Ong, Flow Structure and Sediment Motion around Submerged Vanes in Open Channel, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 131(3) (2005) 132-136.
[20] T. Samimi Behbahan, Laboratory Investigation of Submerged Vane Shapes Effect on River Banks Protection, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(12) (2011) 1402-1407.
[21] ANSYS-FLUENT, 2006. FLUENT 6.3 User's Guide, FLUENT Documentation, Fluent Inc., See also URL: http://aerojet.engr.ucdavis.edu/fluenthelp/html/ug/main_pre.htm
[22] M.A. Leschziner, W. Rodi, Calculation of Strongly Curved Open Channel Flow, Journal of the Hydraulics Division, 105(10) (1979) 1297-1314.
[23] S. Gohari, Experimental study on flow pattern and sediment control in lateral intake with application of submerged vane and spur dike, Ph.D. thesis, Faculty of Agricultural Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran (2009).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 50، شماره 3
مرداد و شهریور 1397
صفحه 567-578

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار