بررسی مکانیزم آبشستگی ناشی از کارکرد همزمان جت های دیواره و ریزشی مستغرق با استفاده از مدل flow3d

انرژی جنبشی زیاد جریان فوق بحرانی خروجی از سرریزها، مجراهای میانی و تحتانی در بدنه سدها که اغلب بصورت جت طراحی می‌شوند، در تعامل با بستر فرسایش پذیر می‌توانند پایداری سازه‌های واقع شده در مسیر آنها را به مخاطره اندازند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی مکانیزم جریان و آبشستگی ناشی از عملکرد همزمان جت‌های ریزشی و دیواره است. بدین منظور الگوی جریان و آبشستگی ایجاد شده ناشی از برخورد جت‌ها با استفاده از مدل عددی flow3d شبیه‌سازی شده است. پس از صحت سنجی نتایج مدل عددی با داده‌های آزمایشگاهی، بردارهای سرعت، جریان‌های ثانویه ناشی از برخورد جت‌ها، پارامترهای هندسه آبشستگی شامل عمق و طول حفره آبشستگی و نیز ارتفاع برآمدگی، از شروع آبشستگی تا زمان تعادل بستر در زمان‌های متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تحلیل الگوی جریان نشان داد با برخورد دو جت، یک جریان گردابی ساعتگرد در محل برخورد جت ها تشکیل می‌شود که منجر به فرسایش بستر رسوبی می‌شود. با گذشت زمان و تجمع رسوبات در پایین دست چاله آبشستگی، جدایش جریان در بالای برآمدگی اتفاق می‌افتد و یک جریان گردابی پادساعتگرد در بالادست برآمدگی بوجود می‌آید. بررسی مکانیزم آبشستگی نشان داد بیشترین نرخ فرسایش در مراحل اولیه فرآیند آبشستگی اتفاق می‌افتند، به‌طوریکه در 15 درصد ابتدایی زمان تعادل شبیه سازی، به ترتیب 80، 67 و 76 درصد بیشینه طول، عمق و عرض آبشستگی رخ داده است. نتایج بدست آمده از مدل عددی به ترتیب با خطای 1.86، 7.7 و 31 درصد پارامترهای بیشینه عمق، طول و ارتفاع برآمدگی را در مقایسه با مقادیر آزمایشگاهی پیش‌بینی نمودند.

investigation of scour mechanism due to simultaneous operations of submerged wall and impinging jets using flow3d model

high kinetic energy of supercritical flow formed from spillways as well as middle and bottom outlets of the dam body are commonly considered a water jet. this flow type in interaction with the erodible bed can endanger the stability of structures located in its path. the main purpose of this study is to assess the mechanisms of flow and scour due to simultaneous operations of wall and impinging jets. to this end, the flow pattern and the scouring process has been simulated by flow3d. first, the numerical model results are validated against experimental data. then the velocity vectors, secondary currents due to the collision of water jets, and the geometric parameters of scour (e.g., scour depth, scour length, and ridge height) are investigated at various stages from the beginning of the scouring process to the equilibrium. the results of the flow pattern analysis indicated that by the collision of water jets, a single clockwise rotating vortex is formed at intersection of the jets. the latter vortex leads to further erosion of a sediment bed. flow separation occurs at the top of the ridge due to the accumulation of the eroded sediments at the downstream of the scour hole over time. a counterclockwise vortex is generated at the upstream of the ridge as a result of the flow separation. investigation of the scour mechanism demonstrated that the highest scouring propagation rate occurs during the early stages of the scouring process.