توصيفگر ها :
شكل بستر برآمده و فرورفته , شكل بستر تلماسه , نميرخ هاي سرعت , تنش برشي رينولدز , نرم افزار اپن فوم , شبيه سازي عددي
چكيده فارسي :
نياز انسان به آب و شكل¬گيري تمدن¬هاي اوليه بشري در كنار رودخانه¬ها بركسي پوشيده نيست. بنابراين به لحاظ اهميتي كه اين منابع طبيعي در تامين نيازهاي بشر تا كنون داشته¬اند، استفاده بهينه از رودخانه¬ها مورد توجه قرار گرفته است و انگيزه¬اي براي بوجود آمدن شاخه¬اي 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 بررسي ساختار جريان بر روي آن مي¬باشد. در پژوهش حاضر، به كمك نرم افزار اپن¬فوم كه يك نرم افزار قدرتمند با دقت و سرعت بالا جهت شبيه¬سازي سيالات مي-باشد، دو نوع شكل بستر در قالب شكل بستر برآمده و فرورفته و تلماسه¬ها در دو نوع تاج مقعر و محدب به سمت پايين-دست شبيه¬سازي شد. براي اطمينان از نتايج بدست آمده توسط نرم افزار، از نتايج پيشين آزمايشگاهي جهت صحت سنجي انجام شد و مقايسه نتايج نيمرخ¬هاي سرعت در چهار نقطه بر روي اشكال بستر در دو فاصله 20 و 45 سانتي¬متري از جدار تطابق خوبي را با نتايج آزمايشگاهي نشان داد. پس از اطمينان از نتايج عددي، با تغيير پارامترهاي هندسي اشكال بستر به بررسي ساختار جريان پرداخته شد. نيمرخ¬هاي سرعت و تنش برشي بر روي چهار نقطه از اشكال بستر در محور مركزي كانال به ازاي تغيير پارامترها مقايسه شدند. تغيير پارامترهاي هندسي بر روي شكل بستر برآمده و فرورفته شامل تغيير زاويه و طول موج، و براي شكل بستر تلماسه¬ها شامل تغيير زاويه lee، طول موج و انحناي تاج انجام شد. نتايج تغيير پارامترها بر روي شكل بستر برآمده و فرورفته نشان داد با افزايش زاويه ورودي و خروجي و طول موج شكل بستر به¬ترتيب شاهد كاهش سرعت و افزايش سرعت در طول شكل بستر بوده¬ايم. اما مقايسه نيمرخ¬هاي تنش برشي رينولدز نشان داد با افزايش زاويه، شاهد افزايش تنش و با افزايش طول موج، شاهد كاهش تنش مي¬باشيم. از طرفي نتايج بر روي شكل بستر تلماسه با تاج محدب به¬سمت پايين¬دست نشان داد بيشترين مقادير سرعت به ازاي كمترين زاويه خروجي، بيشترين طول موج و بيشترين انحناي تاج بوده است. همچنين با افزايش زاويه شاهد افزايش ضخامت ناحيه جدايي جريان بر روي شيبlee و خط القعر بوديم. درحالي كه نتايج مقايسه نيمرخ¬هاي تنش عكس مقادير سرعت بود. نتايج بر روي شكل بستر تلماسه با تاج مقعر به¬سمت پايين¬دست نشان داد كمترين مقادير سرعت به ازاي بيشترين زاويه، كوچك¬ترين طول موج وبيش¬ترين انحناي تاج رخ داده است. درحالي كه نتايج مقايسه نيمرخ¬هاي تنش در اين حالت نيز عكس مقادير سرعت بود.
چكيده انگليسي :
The human need for water and the formation of early human civilizations alongside rivers is undeniable. Therefore, due to the importance that these natural resources have had in meeting human needs so far, the optimal use of rivers has been given attention and has motivated the emergence of a branch of engineering called river engineering. Among the important topics in river engineering are the recognition of riverbed morphology, bank and riverbed stabilization, and the study of flow structure on them. In this study, using the powerful software OpenFOAM, which is a high-precision and high-speed fluid simulation software, two types of riverbed shapes, namely pool-riffle, and Dunes in two types of Lobe and saddle were simulated. To ensure the accuracy of the results obtained by the software, previous laboratory experimental results were used for validation, and the comparison of the velocity profiles at four points on the bed shapes at distances of 20 and 45 centimeters from the wall showed good agreement with the laboratory results. After confirming the numerical results, the focus shifted to the study of flow structure by changing the geometric parameters of the bed shapes. The velocity profiles and shear stresses on four points of the bed shapes on the central axis of the channel were compared for different parameter changes. The geometric parameter changes on the pool-riffle shape included changes in angle and wavelength, and for the Dune shapes, changes in the lee-angle, wavelength, and crestline bend were considered. The results with parameter changes on the pool-riffle bed shapes showed that increasing the inlet and outlet angles and wavelength resulted in a decrease and increase in velocity along the bed shape, respectively. However, the comparison of Reynolds shear stresses showed that with an increase in angle, the stress increased, and with an increase in wavelength, the stress decreased. On the other hand, the results on the Lobe showed that the highest velocity values were obtained with the lowest outlet angle, the longest wavelength, and the highest crest curvature. Furthermore, with an increase in angle, we observed an increase in the separation zone thickness on the lee slope and the bottom line, while the comparison of shear stress profiles showed the opposite trend to velocity values. The results on the saddle showed that the lowest velocity values occurred with the highest angle, the smallest wavelength, and the highest crest curvature. However, the comparison of shear stress profiles in this case also exhibited the opposite trend to velocity values.
