بررسی تجربی و عددی فرایند آبشستگی در اطراف پایه های با مرزهای جانبی متناسب با پروفیل سرعت تحت جریان دائمی

شکل پایه ها یکی از مهمترین عوامل تاثیرگذار در فرایند آبشستگی اطراف آنهاست. بررسی تاثیر استفاده از پایه با مقطع متغیر در عمق در کاهش عمق آبشستگی یکی از موضوعات مورد توجه پژوهشگران بوده است. پایه های مورد بررسی در این تحقیق شامل دو دسته اصلی پایه های مبتنی بر پروفیل لگاریتمی، پایه های مخروطی و یک پایه استوانه ای مبنا می باشد. مقطع این پایه ها دایروی بوده و در پایه های لگاریتمی، عرض پایه از کف تا سطح آب با شیبی متناسب با پروفیل لگاریتمی سرعت کاهش می یابد. به دلیل افزایش عرض عبوری جریان در نواحی نزدیک تر به سطح آب در مورد پایه های لگاریتمی و مخروطی، جریانی که دارای حداکثر سرعت در این نواحی است، با سهولت بیشتری از اطراف پایه های مذکور نسبت به پایه استوانه ای عبور کرده و از سرعت آن کاسته می شود. بنابراین فشار دینامیکی در قسمت فوقانی این پایه ها نسبت به پایه استوانه ای کاهش یافته و جریان رو به پایین ضعیف تری در جلوی پایه ایجاد می شود که نتیجه امر کاهش عمق آبشستگی خواهد بود. در این بررسی تجربی و عددی، پایه های لگاریتمی به دلیل داشتن شیب غیرخطی زیاد در مجاورت بستر و شیب غیرخطی کم در نزدیکی سطح آب، در مقایسه با پایه های مخروطی با شیب خطی ثابت در عمق جریان، عملکرد بهتری از خود نشان دادند. نتایج تحقیق نشان داد که سه مدل با پروفیل لگاریتمی متناسب با (mm 78/0d50=)، (mm 1/1d50=) و (mm 3/1d50=) و سه مدل با پروفیل مخروطی با زاویه (o5/5 )، (o5/7 ) و (o5/9 ) (که در آنها φ زاویه شیب جانبی پایه هاست) به ترتیب با کاهش عمق آبشستگی نسبی 9/55%، 4/65%، 2/73%، 5/38%، 2/47% و 7/52%  نسبت به مدل استوانه ای مبنا (به قطر 5/4 سانتی متر) همراه بوده اند. در ادامه به شبیه سازی عددی برخی از آزمایش ها با مدل Flow-3D به روش حجم محدود پرداخته شده است. سرانجام نتایج مدل عددی و تجربی با یکدیگر مقایسه شده و تطابق نسبی منطقی بین آنها مشاهده شده است.

کلیدواژه ها:

آبشستگی موضعی ، شکل پایه ، کنترل آبشستگی ، مدل عددی Flow 3D