مطالعه عددی جریان آشفته و فرآیندهای موثر بر آبشستگی حول آبشکن مستقیم با بستر صلب

در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک جریان و نقش ساختار‌‌های منسجم جریان در فرآیند آبشستگی در اطراف یک آبشکن قائم واقع در کانالی مستقیم و در شرایط شروع آبشستگی (بستر مسطح)، پرداخته شده است. به این منظور از روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ (les) برای جریانی با مقدار نسبتاً کم عدد رینولدز استفاده شده است (18000=re). جریان ورودی کاملاً آشفته و حاوی نوسانات آشفته است. پس از تصویرسازی جریان، مشاهده شد که شدت ساختار گردابه گردنبندی نعل اسبی (hv) در مقاطع اطراف نوک آبشکن به حداکثر میزان خود می‌رسد. در این ناحیه هسته گردابه گردنبندی بین دو حالت مختلف نوسان ‌می‌کند. در یکی از آن‌ها (مود جریان صفر)، گردابه گردنبندی به آبشکن نزدیکتر شده و جت جریان در زیر آن ضعیف ‌می‌شود. در حالت دیگر (مود برگشت جریان)، جت نزدیک به بستر، گردابه گردنبندی را به دور از آبشکن منتقل ‌می‌کند. بنابراین توزیع انرژی جنبشی آشفته و نوسانات فشار در این محل شکلی دو قله‌‌ای ‌می‌گیرند. بیشترین مقادیر تنش برشی بستر در ناحیه شتاب گیری جریان در نزدیکی نوک آبشکن و در زیر قسمت بالادست لایه برشی منفصل (dsl) مشاهده ‌می‌شوند. انتهای گردابه نعل اسبی گاهی با لوله‌های گردابی افشانده شده در dsl و با نوک آبشکن اندرکنش ‌می‌کند. برخی از گردابه‌های افشانده شده در dsl نیز به صورت تصادفی با یکدیگر یا با گردابه‌های ناحیه بازچرخش در پشت آبشکن اندرکنش ‌می‌کنند. این مسئله نیز منجر به ازدیاد تنش برشی بستر در طول مسیر آن‌ها ‌می‌شود.

Numerical investigation on turbulent Flow and scour leading processes around straight dike in a flat bed channel

The present study investigates the physics of the flow and the role of coherent structures of flow in the scouring process, around a vertical dike, located in a straight channel, at the beginning of scouring process (flat bed). Therefore large eddy simulation (LES) method is applied for a flow with a relatively low Reynolds number (Re=18000). The inflow is thoroughly turbulent and full of realistic turbulent fluctuations. After visualizing the flow, it was found that the intensity of the primary horseshoe vortex (HV) is largest at vertical sections around the tip of the dike. In this region, the core of the horseshoe vortex fluctuated between two modes. In one of them (zeroflow mode) the horseshoe vortex gets closer to the dike and the beneath flow jet gets weaker. In the other one (backflow mode), the jet flow near the bed, takes the horseshoe vortex farther apart from the dike. As a result, in the distribution of turbulent kinetic energy and pressure fluctuations, two peaks are observed. The largest amounts of bed shear stress are present in the acceleration zone of flow near the tip of the dike, upstream of detached shear layer (DSL). The tail of the horseshoe vortex occasionally interacts with the vortex tubes shed in DSL and the tip of the dike. Furtherrmore some of the vortices shed in DSL may sometimes interact with each other or with the vortices present in the recirculation region behind the dike. This leads to amplification of bed shear stress along their path.