شماره راهنما :
1185 دكتري
پديد آورنده :
فاضل نجف آبادي، الهام
عنوان :
اثرات ابعاد مختلف شكل هاي بستر سه بعدي بر ساختار پيوسته جريان و جدايي لايه مرزي
گرايش تحصيلي :
آبياري و زهكشي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده كشاورزي
صفحه شمار :
نوزده، [۲۶۸]ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حسين افضلي مهر
توصيفگر ها :
شكل هاي بستر سه بعدي , جدايي لايه مرزي , ساختار جريان , جريان هاي ثانويه , شببيه سازي جريان
استاد داور :
جهانگير عابدي كوپائي، سعيد سلطاني كوپائي، بهزاد قرباني
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/03/07
كد ايرانداك :
ID1185 دكتري
چكيده فارسي :
چكيده نياز انسان به آب باعث شده تا اكثر تمدنهاي بشري در كنار رودخانهها شكل بگيرند استفاده بهينه از رودخانهها به لحاظ اهميتي كه اين منابع طبيعي در برآورد نيازهاي بشري داشتهاند مورد توجه قرار گرفته است اين نياز از انگيزههاي مهم به وجود آمدن شاخهاي از علم مهندسي آب به نام مهندسي رودخانه بوده است از جمله مباحث مهم در علم مهندسي رودخانه شناخت شكل بستر رودخانه تثبيت سواحل و بستر رودخانه و ساختار جريان بر روي آن بوده است در كانالهاي آبرفتي با بستر ماسهاي شكلهاي بستر تشكيل يافته تلماسهها بوده و در مقابل در رودخانههاي شني شكلهاي بستر برآمده و فرورفته تشكيل شده كه اغلب در مناطق كوهستاني ديده شدهاند اين پژوهش در قالب سه دسته مطالعات صحرايي مطالعات آزمايشگاهي و شبيهسازي عددي انجام گرديد مطالعات صحرايي در دو رودخانه بابلرود واقع در غرب شهرستان بابلسر و رودخانه كاج واقع در جنوب غربي روستاي رستم آباد از توابع شهرستان اردل انجام شد از سويي مطالعات آزمايشگاهي در قالب دو شكل بستر برآمده و فرورفته و همچنين شكل بستر تلماسه ترتيب داده شد شكل بسترهاي برآمده و فرورفته در دو شكل دو و سهبعدي و تلماسهها در چهار نوع دوبعدي سهبعدي با خط تاج محدب بهسمت پاييندست سهبعدي با خط تاج مقعر بهسمت پاييندست و سهبعدي با خط تاج سينوسي انجام شد نتايج مطالعات در رودخانه بابلرود نشان داد كه سرعتهاي اندازهگيري شده و شبيهسازي شده با نرمافزار دوبعدي River2D تطابق خوبي را نشان داد حداكثر مقدار سرعتي برابر با 2 23 m s در رأس شكل بستر فرورفته و همچنين مقداري برابر با 1 88 m s در مركز شكل بستر فرورفته مشاهده رخ داده است عليرغم عدم حضور مانعي در مقابل جريان همگرايي جانبي جريان مشاهده شد كه اين پديده محصولي از جريان كندشونده بر روي جريان تندشونده است در رودخانه كاج بررسيها نشان داد كه بيشترين مقادير سرعت ميانگين راستاي جريان سرعتهاي نزديك به بستر در راستاي جريان و در راستاي عمودي براي شكل بستر فرورفته وجود داشته است همچنين براي نيمرخ تنش برشي بستر در راستاي جريان اصلي رودخانه تغيير فازي در جهت باالدست در نيمرخ تنش برشي بستر مشاهده شد حضور بردارهاي سرعت عمودي بهسمت پايين در محور مركزي كانال و بردارهاي جهتگيري شده بهسمت باال در جدارههاي كانال نشان از همگرايي جانبي جريان داشته كه در تطابق با مطالعات پيشين بوده است نتايج آناليز يك چهارم نشان داد كه براي قسمتهاي مختلف شكل بستر در نزديكي سطح آب واقعه جاروب غالب بوده و در نزديكي بستر واقعه جرقه براي شكل بستر فرورفته و تعامل بروني براي شكل بستر برآمده باالترين درصد را داشته است نتايج مطالعات آزمايشگاهي انجام شده در حضور شكل بسترهاي برآمده و فرورفته دوبعدي نشان داد كه در راستاي محور مركزي كانال در يك ناحيه كوچك جدايي جريان از انتهاي شيب ورودي شكل بستر فرورفته آغاز شده و در ميانه عميقترين قسمت آن ناپديد گرديده است بررسي نيمرخهاي تنش برشي نشان داد كه بيشترين مقادير تنش برشي بستر در ميانه شكل بستر فرورفته رخ داده و اين پارامتر حداقل مقدار خود را در شيب ورودي شكل بستر فرورفته اختيار كرده نتايج بررسي ترم توليدكننده جريانهاي ثانويه نشان داد كه بيشترين مقدار اين پارامتر بر روي شكل بستر برآمده در پاييندست محاسبه شده است در حضور شكلهاي بستر برآمده و فرورفته سهبعدي جدايي جريان در فاصله 12 سانتيمتري از جدار چپ كانال كه نزديكترين فاصله برداشت شده به جدار كانال را داشت مشاهده نشد اين در حالي است كه با فاصله گرفتن از جدار كانال و نزديك شدن به محور مركزي كانال ناحيه جدايي جريان ظهور كرده و بيشترين سطح را در فاصله 13 سانتيمتري از ديواره اشغال كرده است نتايج نشان از وقوع بيشترين مقدار تنش برشي رينولدز بر روي شيب ورودي شكل بستر فرورفته در فواصل 12 و 13 سانتيمتري از جدار و در بخش مياني شكل بستر فرورفته براي فواصل 12 و 54 سانتيمتري از ديواره داشته است مطالعات انجام شده براي شكلهاي بستر تلماسه نشان داد كه طول ناحيه جدايي جريان براي تلماسه سهبعدي با خط تاج محدب به سمت پاييندست نسبت به تلماسه دوبعدي در محور مركزي كانال كاهش يافته است اين در حالي است كه در حضور تلماسه با خط تاج مقعر بهسمت پاييندست طول ناحيه جدايي جريان در مقايسه با تلماسه با خط تاج محدب بهسمت پاييندست بزرگتر و در مقايسه با تلماسه دوبعدي كوچكتر بود مقايسه نمودارهاي خطوط تراز سرعتهاي در راستاي جريان براي تلماسه با خط تاج سينوسي نشان داد كه بزرگترين ناحيه جدايي جريان مربوطه به اين تلماسه بوده است در مقايسهاي كه بين تلماسه دوبعدي و تلماسههاي سهبعدي با خط تاج محدب و مقعر بهسمت پاييندست و خط تاج سينوسي انجام شد نتايج نشان داد كه بيشترين مقدار تنش برشي مربوط به تلماسه با خط تاج محدب بهسمت پاييندست ب
چكيده انگليسي :
Effects of different 3D bed forms on coherent flow structure and boundary layer separation Elham Fazel Najafabadi e fazel@ag iut ac ir March 14 2018 Department of Water Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran 1st Supervisor Hossein Afzalimeehr hafzali@iust ac ir Professor of Civil Engineering Department of Civil Engineering College of Civil Engineering Iran University of Science and Technology Abstract Pools and riffles in gravel bed rivers have a major effect on the variables of the flow equations Obtaining measurements of these variables requires comprehensive research conducted in rivers Detailed measurements were taken from one reach of the Kaj River Iran The subsequent results showed a phase shift for X component of velocity near bed velocity in X and Z directions and bed shear stress versus bed elevation profiles In the riffle section vectors of the vertical velocity component were oriented towards the bed However in the pool section vectors were oriented downward close to the bed and upward at higher levels Quadrant analysis for the pool illustrated the dominance of ejection and sweep interactions near to the bed and near to the water surface respectively However in the riffle outward interactions were dominant near the bed and sweep interactions were dominant near the water surface The spectral analysis revealed that flow over pool riffle does not follow the scaling regime of Kolmogorov used to illustrate the slope of 5 3 in inertial sub range Experiments have been carried out in a flume with one 2D pool riffle sequence and one 3D pool riffle sequence respectively Objectives of this study are to determine whether or not the convergence of lateral flow exists Variations of the near bed shear stress have been studied The characteristics of the secondary currents along a pool riffle sequence have been investigated Results showed that for the 3D pool riffle sequence the near bed velocity decreases along convective deceleration flow CDF and increases along convective acceleration flow CAF respectively It is found that the shear velocities estimated from the slope of the velocity gradient in the inner layer decrease in the CDF section and increase in the CAF section in the 3D pool riffle sequences The Reynolds shear stress is highest at the CDF section along longitudinal lines with distances of 10 cm and 20 cm away from the channel wall Key Words Three dimensional bed forms Boundary layer separation Flow structure Secondary currents Simulation of flow Introduction
استاد راهنما :
حسين افضلي مهر
استاد داور :
جهانگير عابدي كوپائي، سعيد سلطاني كوپائي، بهزاد قرباني
