بررسی عددی الگوی جریان، پروفیل بستر و تنش برشی اطراف پایه مستطیلی با flow 3d

از جمله پدیده‌های پیچیده در مهندسی هیدرولیک رسوب، آبشستگی در اطراف پایه‌های پل‌ها است. با توجه به الگوی سه بعدی و پیچیده جریان در اطراف پایه‌ها، اندازه‌گیری برخی از پارامترهای هیدرولیکی در حین انجام آزمایش‌ها از قبیل الگوی جریان، تغییرات پروفیل بستر و تنش برشی مشکل است، در این شرایط می‌توان از مدل‌های عددی جهت استخراج نتایج و مطالعات دقیق‌تر بهره برد. هدف از این تحقیق، مدلسازی عددی الگوی جریان، تغییرات پروفیل بستر و عمق آبشستگی در اطراف پایه مستطیلی با نرم افزار flow 3d و کاربرد نتایج آن در حمایت پایه در برابر آبشستگی می‌باشد. نتایج نشان داد، برای پایه همراستا با جریان، شکل حفره و الگوی جریان در اطراف پایه متقارن بود. با زاویه‌دار شدن پایه در قسمت جلو آن مقدار تنش برشی افزایش یافت به‌طوریکه برای پایه 10 درجه بیشترین مقدار آن و در حدود 0.55نیوتون بر مترمربع بدست آمد. همچنین نوسانات پروفیل بستر و سطح آب نیز با افزایش زاویه پایه، بیشتر شد. کاربرد صفحات مستغرق، الگوی آبشستگی را تغییر داده و با جابجایی رسوبات به جلوی پایه، کاهش آبشستگی را به دنبال داشت. افزایش ارتفاع و زاویه صفحات مستغرق نقش حمایتی آن‌ها را بهبود داد. براساس نتایج مدل عددی، عمق آبشستگی در جلوی پایه همراستا با جریان و صفحات با زاویه 30 درجه، هم‌تراز با بستر، با ارتفاع 1.25سانتیمتر و با ارتفاع 2.5 سانتیمتر روی بستر، بعد از 30 دقیقه به ترتیب 3.1، 0.035 و 0.005+ (روی بستر) سانتیمتر بود. با زاویه‌دار شدن پایه عملکرد صفحات در کنترل آبشستگی در قسمت جلوی پایه و در سمت دیوار پرفشار پایه کاهش یافت، اما در سمت دیواره‌ی کم‌فشار، عمق آبشستگی نسبت به پایه‌ی بدون زاویه کمتر بود.

Numerical Investigation of Flow Pattern, Bed profile and Shear Stress around the Rectangular Bridge Pier Using Flow 3D

One of the complicated phenomena in sediment hydraulic engineering is scouring around bridge pier. Regard to threedimensional and complicated flow pattern around piers, measuring some hydraulics parameters during the tests such as flow pattern, variation of bed profile and shear stress are difficult, in this situation application of numerical models in order to extract results and more detailed study is useful. Aim of this research is numerical modeling of flow pattern, variation of bed profile and scour depth and shear stress around rectangular pier using Flow 3D and applying the results to protect piers against scouring. Results showed, for aligned pier with flow, shape of scour hole and flow pattern were symmetrical, the side in contact with flow is highpressure and the other side is lowpressure. As increase of pier angle, shear stress in front of the pier increased so that for pier with 10° angle with flow direction, shear stress was 0.55 N/m2. Also fluctuations of bed profile and water surface increased. Application of submerged vanes, changed scour pattern and moved sediment in front of pier which scouring was reduced. Increase of height and angle of submerged vanes improved their protective role. Base on the results of numerical model, after 30 minutes, scour depth in front of pier in aligned pier with flow and angle of submerged vanes 30°, in same level with bed, 1.25 cm and 2.5 cm on the bed, was 3.1 cm, 0.035 cm and +0.005 cm (on the bed), respectively. As increase of pier angle, performance of submerged vanes to control scouring in front of pier and in side of highpressure wall decreased, but in side of lowpressure wall scouring compared with alone pier was less.