مطالعه ای بر جریان آشفته کم عمق در یک کانال روباز بسترشنی در مقیاس سنگدانه ها

یکی از چالشی­ ترین مباحث هیدرولیکی، بررسی جریان غیرسیلابی با استغراق نسبی پایین (نسبت عمق آب به ابعاد زبری بستر پائین) و با اعداد رینولدز بالا در رودخانه­های کوهستانی با بسترهای شنی می­باشد. مطالعه حاضر که به بررسی عددی این نوع جریان در مقیاس سنگدانه­ها پرداخته­است. به این منطور بستر شنی توسط وارد نمودن مدل رقومی در نرم افزار  Flow۳D به صورت فیزیکی، علاوه بر مدلسازی هیدرولیکی از طریق اعمال ضریب زبری، مدل گردیده شد. پس از صحت­سنجی و در پایان مدلسازی، نتایج نشان داد که وجود بستر شنی در این شرایط، بر میدان جریان، بر شدت آشفتگی و تنش برشی بستر به شدت اثر می­گذارد. بررسی کمی ناحیه تحت تاثیر سنگدانه­های شنی، نشان داد که محدوده­ی لایه­ی زبر-ناحیه متشکل از زیرلایه لزج و ناحیه بین­نا­بینی در بسترهای زبر- نه تنها در مکان تغییر می­نماید، بلکه براساس پارامترهای آشفتگی مختلف مورد مطالعه نیز این محدوده از ۰۸/۰ تا ۲/۰ عمق جریان تغییر می­نماید. چنین مشاهده­ای تعریف دقیق و جامع این ناحیه را بسیار مشکل و پیچیده می­نماید. همچنین بررسی تغییرات سرعت طولی و متوسط انرژی جنبشی آشفتگی حاکی از تشکیل رگه­های طولی تغییرات سرعت و انرژی جنبشی در عرض کانال می­باشد. با وجودی که این رگه­ها با عمق جریان مقیاس می­شدند، با توجه به نوع  مدلسازی آشفتگی در مطالعه حاضر، تشکیل این رگه­ها به در هم تنیده شدن گردابه­ها و دنباله­های تشکیلی در اطراف سنگدانه­های شنی تشکیل دهنده بستر نسبت داده شد. در نهایت با بررسی شکل کانتورهای سرعت برشی در کف کانال این نتیجه حاصل گردید که بیشترین سرعت برشی در نزدیکی مرتفع­ترین سنگدانه تشگیل می­گردد که می­تواند تا ۵ برابر بزرگتر از مقدار متوسط سرعت برشی باشد.

کلیدواژه ها:

Gravel bed ، Open-channel ، Turbulent flow ، Numerical simulation ، Shallow flow ، بستر شنی ، کانال روباز ، جریان آشفته ، مدل سازی عددی ، جریان کم عمق