پديد آورنده :
اكبري، راضيه
عنوان :
تاثير نيروي لورنتس بر الگوي آب‌شستگي موضعي در اطراف پايه استوانه‌اي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
آب و سازه هاي هيدروليكي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 65ص. : مصور (رنگي)، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محمدرضا چمني
استاد مشاور :
حسين احمدوند
توصيفگر ها :
آب‌شستگي موضعي , آب زلال , پايه استوانه‌اي , الگوي جريان سيال , عملگر الكترومغناطيس , نيروي لورنتس
استاد داور :
محمدنويد مقيم، مهدي اژدري مقدم
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/08/17
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/10/13
چكيده فارسي :
آب‌شستگي پديده‌اي است كه دراثر اندركنش آب و خاك، بستر رودخانه يا سواحل دچار تغييرات مي‌شوند. آب‌شستگي يكي از علت‌هاي اصلي تخريب پروژه‌هاي مرتبط با مهندسي رودخانه است. جريان سه‌بعدي سيال در اطراف پايه پل هم‌زمان با انتقال رسوب و تغيير مداوم مرزهاي جريان سيال موجب پيچيدگي الگوي آب‌شستگي شده و تحليل پديده را به روش‌هاي عددي و تحليلي مشكل مي‌سازد. از اين‌رو اغلب پژوهش‌ها بر منوال تحقيقات تجربي است. تاكنون روش‌هاي زيادي براي تغيير الگوي جريان سيال و كنترل آب‌شستگي در پايه‌هاي پل استفاده شده است.
در تحقيق حاضر از روش كنترل فعال، به‌واسطه‌ي نيروي الكترومغناطيس لورنتس در فرآيند آب‌شستگي به‌كارگرفته شده است. مدل فيزيكي در آزمايشگاه هيدروليك دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي اصفهان ساخته شد. آزمايش‌ها در كانال با مقطع مستطيل با عرض 31/0 متر، ارتفاع 30/0 مترو طول 7/5 متر انجام شد. از پايه استوانه‌اي از جنس پلي‌اتيلن به قطر 25 ميلي‌متر و ارتفاع 300 ميلي‌متر استفاده شد. براي جايگذاري عملگرالكترومغناطيس در پايه استوانه‌اي از چيدمان نواري قطعات الكترود مسي و آهنربا با عرض 5 ميلي‌متر و طول 150 ميلي‌متر استفاده شد. از دو دانه‌بندي با قطر متوسط 2/0 و 3/0 ميلي‌متر و چگالي نسبي 77/2 استفاده شد. آزمايش‌هاي آب‌شستگي در آب زلال در حضور نيروي لورنتس و در دو جهت رو‌به‌بالا و روبهپايين در سيال سديم هيدروكسيد با رسانايي 3 زيمنس برمتر و با اعمال ولتاژ ثابت 30 ولت در مدت زمان يك ساعت انجام شد. همچنين آزمايش‌هايي در سيال آب شرب با شرايط مشابه آزمايش‌هاي آب‌شستگي در سيال سديم هيدروكسيد انجام شد.
به‌كاربردن نيروي لورنتس مماسي بر‌روي پايه استوانه‌اي سبب اعمال شتاب 45/0 متربرمجذور ثانيه به سيال سديم هيدروكسيد شد.در آزمايش آب‌شستگي در سيال سديم هيدروكسيد با تنظيم جهت نيروي لورنتس موافق نيروي ثقل، شتاب افزاينده موجب افزايش سرعت جريان سيال پايين‌رونده و افزايش 10درصدي طول، عرض و عمق بالادست چاله‌ي آب‌شستگي شد. در اين حالت، به دليل انحراف روبهپايين زاويه جريان سيال جدا شده از پايه، انتقال رسوب در پايين‌دست 15 درصد كاهش يافت. با تنظيم جهت نيروي لورنتس مخالف جهت نيروي ثقل، شتاب كاهنده باعث كاهش سرعت جريان سيال پايين‌رونده كاهش 10 درصدي طول، عرض و عمق بالادست و افزايش 30 درصدي عمق پايين دست چاله‌ي آب‌شستگي را به دنبال داشت. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش عمق جريان سيال باعث افزايش كارايي نيروي لورنتس براي تغيير الگوي و كنترل آب‌شستگي است. همچنين نتايج تحقيق حاضر نشان داد كه، عمق چاله‌ي آب‌شستگي در حضور نيروي لورنتس خلاف جهت جريان پايين رونده در سيال سديم هيدروكسيد، از عمق چاله آب‌شستگي در سيال آب شرب به دليل اثرات لزجت 6 درصد بيشتر است.
چكيده انگليسي :
Scouring is a surface process arising from soil-water interaction, which leads to conversion in the river bed or beach materials. Scouring is a notable cause of failure in the stream and river projects. The three-dimensional flow around bridge piers, along with the sediment transfer and the continuous change in the flow boundaries, result in the complexity of the analyzing flow pattern with numerical and analytical methods. Therefore, most studies have been done experimentally. So far, many methods have been used to modify the flow pattern and scouring control at the bridge piers.
The present research used the active control method initiated by the electromagnetic Lorentz force in the scouring process. The experimental model is a homemade system built in the hydraulic laboratory of the faculty of civil engineering at Isfahan university of technology. Experiments were performed in a channel with a rectangular cross-section with a parameter of 0.31m width, 0.30m height, and 5.7m length. A cylindrical pier made of polyethylene with a diameter of 25 mm and a height of 300 mm was used. To install the electromagnetic operator in the cylindrical pier, a strip arrangement of the copper electrode and magnet parts with a width of 5 mm and a length of 150 mm was used. Sediments with an average diameter of 0.2 and 0.3 mm and a relative density of 2.77 were used. Scouring tests were performed in the clear water in the presence of an electromagnetic field in both upward and downward directions of the Lorentz force in sodium hydroxide fluid with a conductivity of 3 Siemens per meter and applying a constant voltage of 30 volts for a period of one hour. Moreover, additional tests in drinking water fluid with the same condition as in scouring tests in sodium hydroxide fluid have been performed.
Applying the tangential Lorentz force on the cylindrical pier caused an acceleration of 0.45 m/s2 in the sodium hydroxide fluid. By adjusting the direction of the Lorentz force along with the direction of the downward flow, the increasing acceleration caused an increase in the velocity of the flow and, consequently, an increase in the dimensions of the scour hole (length, width, and depth). In this case, the sediment transport in downstream has decreased due to the downward deviation of the flow angle separated from the pier. By adjusting the direction of the Lorentz force opposite to the direction of the downward flow, the decreasing acceleration caused a decrease in the velocity of the downward flow and a reduction of the dimensions of the scour hole (length, width, and depth). The results show that increasing the depth of the fluid flow increases the efficiency of the Lorentz force in order to change the flow pattern and control the scour. This study indicates that the depth of scour hole in the presence of an electromagnetic field in sodium hydroxide solution is greater than the depth of scour hole in drinking water without the electromagnetic field.
استاد راهنما :
محمدرضا چمني
استاد مشاور :
حسين احمدوند
استاد داور :
محمدنويد مقيم، مهدي اژدري مقدم
