شبیه‌سازی سه‌بعدی پدیدۀ رهایی متناوب گردابه‌ها و انتقال رسوب بستر حول موانع در معرض جریان با استفاده از flow3d

پل ها یکی از مهم ترین سازه های هیدرولیکی ارتباطی به شمار می روند. برخورد جریان به پایۀ پل‌ها فرسایش اطراف پایه و آسیب‌دیدگی آن را به دنبال دارد. ازاین‌رو یکی از مباحث مهم در زمینۀ ایمنی پل ها، کنترل فرسایش بستر اطراف پایه ها است. تاکنون مدل های فیزیکی مختلفی در آزمایشگاه برای بررسی رفتار جریان و فرسایش بستر پیرامون آن ساخته شده اند که صرف نظر از هزینه و زمان بر بودن آزمایش ها، مشکلات ناشی از تغییرات مقیاس را نیز به همراه داشته اند. امروزه با استفاده از کدهای دینامیک سیّالات محاسباتی کارآمدّتر، رفتار هیدرودینامیکی سیّالات به طور گسترده تری بررسی می شود. در این تحقیق برای این منظور از نرم‌افزار flow3d استفاده شده است. این پژوهش به شبیه سازی جریان اطراف مدل پایه های پل مختلف پرداخته و الگوی جریان و فرسایش بستر را بررسی می‌نماید. با توجّه به حساسیت مدل های عددی به تعداد سلول های شبکه در میدان محاسباتی، صحّت سنجی تعداد مختلف شبکه، با مقایسه نیمرخ‌های سرعت انجام یافته است. سه مدل آشفتگی مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته و پس از بررسی نیمرخ های سطح آزاد آب، الگوی جریان اطراف پایه و عدد استروهال، شبیه سازی جریان با مدل آشفتگی lesانجام گردیده است. تعداد 15 مدل نیز برای ارزیابی دو پارامتر مهم عامل آب‌شستگی، جدایش جریان و جریان رو به پایین، انتخاب شده اند. ابزارهای انتخابی در این راستا، سکو، مقطع هندسی پایه و شکاف می باشند. نتایج نشان داد در اغلب موارد استفاده از یک ابزار کنترل آب‌شستگی بهتر از ترکیب ابزارهای مختلف عمل می کند با به‌کارگیری شکل عدسی به‌عنوان مقطع هندسی پایه، عمق آب‌شستگی تا 58 درصد کاهش و با مدل ترکیبی مقطع مستطیلی گردگوشه، سکو و شکاف بیشینۀ عمق فرسایش یافته تا 50 درصد کاهش نشان داد. نتایج به‌دست‌آمده بیانگر آن است که کنترل جدایش جریان و پدیدۀ شکست گردابه به مراتب بیش از کنترل جریان رو به پایین در کاهش فرسایش بستر موثر است.

Three Dimensional Simulation of Vortex SheddingPhenomenon and Sediment Transportaround Obstacles subjected to flow, Using Flow3D

Bridges are known as one of the most important communicational hydraulic structures. This is particularly so important in bridge piers exposed to river currents.The flow contact with bridge piers causes erosion around them and would result in damage. Therefore, controlling the erosion around the piers is one of the most important objects in the bridge safety. Many different experimental models have been prepared so far to investigate the flow pattern and local scour around this structure. Regardless of the cost and time of the experiments, problems resulting from changes in scale are also available. Nowadays, the Hydrodynamic behavior of the fluid is more extensively investigated by using the more efficient codes of computational fluid dynamic (CFD). The Flow3D software is used for this regard. This study focuses on the simulation of flow around the different bridge piers and studied the flow pattern and bed erosion around them. In this regard, the assumption of incompressible fluid is used and the sharp free surface is modeled by Volume of Fluid (VOF). Considering the sensitivity of numerical models to the number of cells in the computational domain, verifying the number of cells has been done by comparing the velocity profiles. Three different turbulence models also are investigated, and the free surface profiles, flow pattern around the pier and the Strouhal number are compared. Finally, the flow simulation is done by LES turbulence model. For investigation the two key factors causing local scouring, flow separation and downward flow in upstream of the pier, th1 10 models is selected. The countermeasures that considered in this regard include berm, crosssection and middle slot. The results show that the effect of flow separation control in reducing the bed erosion is much more than controlling the downward flow. Also the results revealed that in most cases using one countermeasure may be acts more better than situations different countermeasures was applied. In using lenticular crosssection, the scouring depth weas decreased up to 58% and with using the combined roundnosed rectangular crosssection, berm, and slot, the scouring depth showed decreasing up to 50%. Also, it was concluded that controlling the flow separation from the pier in boundary layer and the vortex shedding affect the bed erosion much more than the downward flow in pier upstream.