وبلاگ

احداث پایه‏های پل در رودخانه‏ها اثراتی مهم و گاه مخرب به همراه دارد که از این میان می‏توان به مواردی چون اعمال نیروی هیدرودینامیکی جریان بر پایه، وقوع آبشستگی موضعی حول پایه و افزایش سطح آب در بالادست پایه (فراآب) اشاره نمود (کریمی‏نیا و صالحی نیشابوری، 1390). به برداشته شدن مواد کف بستر در اطراف پایه‏ها آبشستگی پایه پل گویند. شتاب جریان ناشی از پایه‏های پل باعث ایجاد گرداب‌های نعل اسبی[1] و گرداب‌های دنباله[2] در اطراف پایه‏ها می‏شود. گرداب‌های نعل اسبی که در پایین پایه‏ها به‏ وجود می‏آید اساسی‏ترین نیروی مستقیم را که سبب فرسایش مواد بستر می‏گردد را ایجاد می‏کنند. قرارگیری پایه‏های پل در مسیر جریان باعث ایجاد ساختار افقی جریان می‏گردند (هافمن و ورهیج[3]، 1997). شکل و عمق آبشستگی موضعی اطراف پایه‏های پل در درجه اول به شکل هندسی پایه پل بستگی دارد. الگوی جریان و آبشستگی در اطراف پایه در شکل 1-1 نشان داده‌شده است.

شکل 1-1- مکانیسم آبشستگی پایه پل (هربیچ[4]، 1984)

فرایند آبشستگی در اطراف پایه نسبتاً پیچیده است. این الگوی پیچیده جریان در چاله آبشستگی به تفصیل توسط افراد متعددی مورد بررسی قرار گرفته است که از آن جمله می‏توان به هربیچ (1984)، درگاهی[5] (1987)، بریسرز ورادکیوی[6] (1991) اشاره کرد. جریانهای اصلی ایجاد کننده آبشستگی در اطراف پایه شامل جریان رو به پایین[7] در بالادست پایه، گردابهای نعل اسبی در پایین پایه، جریانهای غلتکی سطحی[8] در بالادست پایه و گردابهای دنباله در پایین دست پایه می‏باشد. جریان پایین رونده در نتیجه مانع شدن بدنه پایه در مقابل جریان می‏باشد که باعث کاهش سرعت جریان در بالادست پایه می‏شود. برخورد جریان پایین رونده به بستر مانند یک جت عمودی عمل می‏کند. برخورد جریان پایین رونده با جریان افقی لایه مرزی در نزدیکی کف، گردابهای نعل اسبی را در پایین پایه بوجود می‏آورد (ریچاردسون و پانچانگ[9]، 1998). بلافاصله در جلوی پایه شیاری ایجاد می‏گردد. دو جریان گردابهای نعل اسبی و دنباله مصالح بستر را از منطقه پایین پایه جابه‏جا می‏کنند. هرچند، با فاصله گرفتن از پایین‏ دست پایه شدت گردابهای دنباله به سرعت کاهش می‏یابند (ریچاردسون و دیویس[10]، 2001). از این رو بلافاصله در پایین دست پایه مصالح بستر رسوب

خرید اینترنتی فایل کامل :

 می‏کنند.

1-2- ضرورت انجام تحقیق

با توسعه مدل‏های عددی در حال حاضر نرم‏افزار‏های زیادی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی[11] (CFD) در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می‏گیرد. مدل‏های عددی براساس ابعاد واقعی عمل نموده و از شرایط خاص جهت تعیین سرعت جریان آشفته و آبشستگی بستر استفاده می‏ نمایند. نرم‏افزار Flow-3D نرم‏افزاری چند جانبه و سازگار با شرایط پیچیده جریان در مدل‏سازی به صورت دو بعدی و سه بعدی است. این نرم‏افزار توانایی حل معادلات پیوستگی و اندازه حرکت یا معادلات ناویر استوکس را داراست بطوریکه میدان جریان را به صورت حجم کنترل‏های مجزا در نظر می‏گیرد و از معادلات حاکم بر جریان سیال روی هر حجم کنترل انتگرال گرفته می‏شود.

روابط فراوانی برای تخمین عمق آبشستگی موضعی پایه پل‏ها ارائه شده است. اغلب آنها از مطالعات آزمایشگاهی بدست آمده‏اند و تعداد کمی از آنها نیز با بهره گرفتن از اطلاعات میدانی بازبینی شده‏اند. امروزه، علم دینامیک سیالات محاسباتی مهندسین را قادر به بررسی هیدرودینامیک این پدیده نموده است. با توجه به محدودیت‏های مطالعات آزمایشگاهی مانند زمان بر بودن، هزینه بالا و نیاز به امکانات آزمایشگاهی خاص خود و نیز لزوم انجام مطالعات بیشتر برای شناخت کامل‏تر این پدیده، نیاز به استفاده از روش‏های عددی کارآمد و کم هزینه به روشنی احساس می‏شود، از این رو می‏توان شبیه‏سازی عددی را گزینه مناسبی جهت بررسی خصوصیات مختلف جریان دانست؛ بنابراین در این مطالعه با بهره گرفتن از نرم‏افزارFlow-3D Ver.10.0.1 میدان جریان سه بعدی متلاطم و خصوصیات مختلف آن در اطراف تک پایه پل و سری گروه پایه پل با چینش متفاوت مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

1-3- هدف تحقیق

هدف از این تحقیق، شبیه‏سازی الگوی جریان متلاطم در اطراف تک پایه و گروه پایه‏های پل با چینش متفاوت و در شرایط حضور و عدم حضور چاله آبشستگی با بهره گرفتن از نرم‏افزار   Flow-3D Ver.10.0.1 می‏باشد. همچنین از مدل‏های مختلف تلاطمی نیز جهت حل معادلات ناویر استوکس استفاده خواهد شد و در نتیجه جهت صحت‏سنجی مدل، نتایج بدست آمده از شبیه‏سازی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می‏گردند.

1-4- مروری بر مطالب سایر فصل‏ها

در ادامه و در فصل دوم مروری بر تحقیقات و مطالعات مشابه صورت گرفته انجام می‌گیرد. در فصل سوم به بررسی نرم‌افزار مورد استفاده و روش‌ها و مدل‌های کاربردی این نرم‌افزار در شبیه‌سازی پرداخته می‌شود. در فصل چهارم بررسی جریان در اطراف تک پایه و گروه پایه دوتایی در شرایط حضور و بدون حضور چاله آبشستگی صورت می‌گیرد. این بررسی شامل مطالعه سرعت‌ها، خطوط جریان، بردارهای سرعت و ذرات نشانگر می‌باشد. فصل پایانی و پنجم، نتیجه‌گیری از مطالعات و ذکر پیشنهاد‌ها خواهد بود.