شبیه‌سازی عددی پدیده آب‌شستگی اطراف پایه استوانه‌ای در مقیاس آزمایشگاهی با رویکردی اویلری-لاگرانژی

حضور پایه در مسیر جریان آب باعث ایجاد یک جریان سه‌بعدی پیچیده در اطراف پایه می‌شود که می‌تواند منجر به آب‌شستگی پیرامون پایه گردد. در این تحقیق مدل‌سازی مناسب پدیده آب‌شستگی پایه استوانه‌ای با استفاده از نرم‌افزار اپن‌‌فوم و داده‌های آزمایشگاهی به‌دست آمده از آزمایشگاه انجام شد. به این منظور از دو مدل برای شبیه‌سازی پدیده آب‌شستگی استفاده گردید. در این دو مدل عددی تاثیر کوپلینگ و مدل پسا بر پروفیل بستر بررسی شد. مدل اول با روش غیر‌کوپل و مدل پسا کروی و مدل دوم با روش کوپل‌شده و با تغییر مدل پسا کروی به غیرکروی انجام گردید. در مدل اول میزان خطا قابل توجه بوده است ولی در مدل دوم نتایج دارای تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که بیشترین مقدار عمق آب‌شستگی در مقطع عرضی در مدل عددی دوم و آزمایشگاهی با 6 درصد اختلاف بر هم منطبق‌اند. در فاز دوم به منظور بررسی پارامترهای تاثیرگذار بر کاهش آب‌شستگی، از سه مدل عددی که شامل پایه ساده و پایه همراه با طوقه در دو تراز مختلف می‌باشد، استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که طوقه در تراز 5/3 و 4 می‌توانند به ترتیب 2/49 درصد و 7/29 درصد از بیشترین عمق آب‌شستگی بکاهند.

Numerical Investigation of Scour Around a Cylindrical Pier in Laboratory Scale Using Euler-Lagrange Approach

The placement of a pier in flow causes a threedimensional complex flow pattern around the pier, which leads to a scouring hole around the pier. In this research, modeling of scouring around piers was performed both experimentally and numerically. In the first section of this study, two different scenarios were used to simulate the scouring process. In the two numerical models, the effect of phase coupling and drag models on the scoured bed was investigated. Oneway coupling with the sphere drag model was implemented in the first scenario and fourway coupling with a nonsphere drag model in the second one. According to the results, the first model was not satisfying, but the result of the second model was in good agreement with experimental results. The maximum depth of scour at the crosssection in numerical and experimental results was equal (6 percent error). In the second section of this research, in order to study the effect of a collar on the reduction of scouring, a simple cylinder without a collar and then with the presence of a collar at two different levels were performed. The result shows that as the collar goes up, both the maximum depth and the radius of the scour hole increases.