بررسی آزمایشگاهی تأثیر فاصله عرضی موانع مکعبی بر خصوصیات هیدرولیکی امواج عرضی در آرایش زیگزاگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

امواج عرضی در اثر قرار گرفتن موانعی مانند پوشش گیاهی، پایه‌‌های پل و اسکله در مسیر جریان به‌‌وجود می‌‌آیند. در تحقیق حاضر به بررسی تأثیر فاصله عرضی موانع مکعبی بر خصوصیات امواج عرضی با چهار نوع موج در حالت تشدید پرداخته شد. کارگذاری موانع به‌‌صورت آرایش زیگزاگ، در دو فاصله عرضی 12 و 24 سانتیمتر و فاصله طولی ثابت 12 سانتیمتر بود. کلیه آزمایش‌‌ها در یک فلوم به طول 16 متر، عرض 1/25 متر و ارتفاع 0/6 متر انجام شد. دبی جریان در آزمایش‌‌ها بین 30 تا 38 لیتر بر ثانیه متغیر بود. نتایج نشان داد در حالت تشدید، با افزایش فاصله عرضی موانع (کاهش تراکم موانع)، دامنه نسبی موج افزایش یافت و بیشترین میزان دامنه نسبی موج تشکیل‌‌ شده در آزمایش‌‌ها، برابر با 33 درصد برای T/D=9.6، موج نوع چهار و دبی 30 لیتر بر ثانیه بود. با افزایش دبی، دامنه نسبی موج در هر فاصله عرضی و هر چهار نوع موج، کاهش یافت. همچنین عدد استروهال با افزایش تراکم موانع کاهش یافت. با استفاده از تحلیل ابعادی و نتایج حاصل از آزمایش‌‌ها، رابطه‌‌ای به‌‌منظور تعیین عدد استروهال در حالت تشدید با استفاده از نرم‌‌افزار آماری پیشرفته ارائه گردید و نتایج آنالیز حساسیت نشان داد تأثیر پارامتر عدد رینولدز مانع بر عدد استروهال از سایر پارامترها بیشتر است و با حذف این پارامتر از معادله ارائه شده برای عدد استروهال، R2 46 درصد کم شد و خطای RMSE و MAE به‌‌طور متوسط دو برابر شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Experimental Analysis of the Impact of the Transverse Distance of Cubic Obstacles on the Hydraulic Characteristics of Transverse Waves in Staggered Arrangements

نویسندگان [English]

  • Kimiya Kamaei
  • Mehdi Ghomeshi
  • Mehdi Daryaee
  • Seyed Mahmoud Kashefipour
Department of Water Structures, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Transverse waves are formed by obstacles such as vegetation, bridge piers, and docks in the flow path. the present study investigated the effect of the transversal distance of cubic obstacles on the hydraulic characterization of transverse waves with four-wave modes in resonance. The obstacles were arranged staggered at two transversal distances and a constant longitudinal distance. All experiments were performed in a flume with a length of 16 m, a width of 1.25 m, and a height of 0.6 m. The flow discharge was varied between 30 and 38 lit/s in the experiments. The results showed that the flow regime was turbulent and sub-critical in experiments. In resonance, the Obstacle Reynolds Number and Froude Number were within the range of 2319<Re<5627 and 0.055<Fr<0.210 respectively. In resonance, the relative amplitude of the wave increases by increasing the transversal distance of obstacles (decreasing the density of obstacles), and the highest relative amplitude of 33% was obtained for T/D=9.6, wave mode IV, and Q=30 lit/s. With the increase in discharge, the relative amplitude of the wave in each transversal distance and all four wave modes decreased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transverse waves
  • Cubic obstacles
  • Transversal distance
  • Staggered arrangement
  • Strouhal number

مراجع

[1] N. Shahkarami, E. Moghaddasi, Experimental Investigation of the Characteristics of Surface Oscillations due to Passing flow Through Rigid Vegetation, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 50(5) (2018) 827-834 (in Persian).
[2] L. Zima, N.L. Ackermann, Wave generation in open channels by vortex shedding from channel obstructions, Journal of Hydraulic Engineering, 128(6) (2002) 596-603.
[3] F.M. White, Fluid mechanics, Tata McGraw-Hill Education, 1979.
[4] A. Jafari, M. Ghomeshi, M. Bina, S.M. Kashefipour, Experimental study on ten modes of transverse waves due to vertical cylinders in open channels, Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(2) (2010) 949-955.
[5] N. Poustizadeh, M. Ghomeshi, Experimental Study on the Effect of Transverse Waves on Suspended Sediment Concentration at Downstream of Obstacles in a Staggered Arrangement, Water and Soil Science, 26(2-1) (2016) 87-100  (in Persian).
[6] S. Mostafavi, M. Ghomeshi, B. Shahmoradi, Resonance Frequency of Transverse Waves Due to Vortex Shedding of Obstacles with Different Arrangements, Water and Soil Science, 27(1) (2017) 147-157  (in Persian).
[7] M.H. Purmohammadi, M. Ghomeshi, S.H. Mosavi Jahromi, S.M. KashefiPour, M. Fathi Moghadam, The study of impact of obstacle shape on the characteristics of transverse waves, Irrigation Sciences and Engineering, 39(1) (2016) 11-20  (in Persian).
[8] K. Zhao, N.-S. Cheng, Z. Huang, Experimental study of free-surface fluctuations in open-channel flow in the presence of periodic cylinder arrays, Journal of Hydraulic Research, 52(4) (2014) 465-475.
[9] D.P. Viero, I. Pradella, A. Defina, Free surface waves induced by vortex shedding in cylinder arrays, Journal of Hydraulic Research, 55(1) (2017) 16-26.
[10] W. Rahmeyer, J.M. Clegg, S.L. Barfuss, Canal Wave Oscillations from Expansion of I-84 Bridge in Boise, Idaho, Transportation research record, 2309(1) (2012) 200-205.
[11] Z. Soltani-Kazemi, M. Ghomeshi, M.B. Yarahmadi, Experimental study of local scour around diamond bridge piers subject to transverse standing waves, Ain Shams Engineering Journal, 13(3) (2022) 101598.
[12] Z. Kang, L. Jia, An experiment study of a cylinder's two degree of freedom VIV trajectories, Ocean Engineering, 70 (2013) 129-140.
[13] R.D. Blevins, Flow-induced vibration, New York,  (1977).
[14] R.A. Falconer, Amplitude of wave formation by vortex shedding in open channels, Journal of Applied sciences, 7(24) (2007) 3927-3934.
[15] M. Purmohammadi, M. Ghomeshi, S. Musavi, Impact of Prismatic-Shaped Obstacle on the Characteristics of Transverse Waves,  (2015) (in Persian).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 56، شماره 5
1403
صفحه 551-568

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار