بررسی عددی اثر استغراق نسبی بر پارامترهای معادله لگاریتمی سرعت در یک کانال مستقیم با بستر شنی

پس از گذشت سال ها همچنان بررسی میدان جریان آشفته در بسترهای زبر یکی از مسائل مهم و قابل‌بحث است. در گذشته پژوهشگران عمدتاً بر جریان بستر زبر با استغراق نسبی زیاد و متوسط (نسبت عمق جریان به زبری معادل بستر) پرداخته اند، ولیکن در ارتباط با استغراق نسبی کم، پژوهش های زیادی صورت نگرفته است. در این پژوهش، به بررسی و مطالعه جریان بستر شنی در شرایط استغراق نسبی کم به صورت عددی و در نرم‌افزار فلوتری دی پرداخته شده است. به این منظور، ابتدا مدل عددی ساخته شده به کمک اطلاعات آزمایشگاهی موجود، مورد صحت سنجی و کالیبراسیون قرار گرفت. در طی مدل سازی ها، شش استغراق نسبی متفاوت مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت و پارامترهای معادله لگاریتمی سرعت شامل ضریب وان کارمن، ثابت انتگرالی و صفحه ی جابجایی صفر تعیین گردید. نتایج نشان داد که در شرایط بستر صاف ضریب وان کارمن برابر 0.41 درنظر گرفته می شود، ولیکن در شرایطی که بستر زبر بوده و شرایط استغراق نسبی کم حاکم است، این مقدار تغییر کرده و با تغییر استغراق نسبی نیز تغییر پیدا می کند. محدوده این تغییرات بین 0.29 تا 0.43 می باشد. در ادامه مشاهده شد که با افزایش عمق ابتدا ضریب وان کارمن کاهش و در ادامه افزایش پیدا کرده است. همچنین صفحه ی جابجایی صفر به هیچ وجه رابطه ی منسجم و مشخصی در ارتباط با استغراق نسبی نداشته و نمی توان به قطعیت در رابطه با آن اظهار نظر نمود. در پایان به کمک نتایج به‌دست‌آمده از مدل سازی عددی حاضر و مطالعات پیشین برای استغراق نسبی و ضریب وان کارمن، یک تابع دو ضابطه ای ارائه شده است.

Numerical Investigation of the Relative Submergence Effects on the Logarithmic Velocity Profiles in a Straight Channel with Gravel Bed

The study of turbulent flow field passing over the rough beds is still one of the important and controversial issues after a few years. In the past, most researchers have focused on flow with a high and medium relative submergence (the ratio of water depth to aggregate size), but only a few studies have been done on the low relative submergence flows. In this study, the gravel bed openchannel flow in a straight channel has been numerically modeled and studied using the Flow3D package. The numerical model has been calibrated and verified using available data in the literature. During simulation, six different relative submergences were analyzed and the coefficients of Von Karman, integral constant and zero displacement planes determined. Results showed that in flatbed conditions, the Von Karman coefficient is 0.41, but in the case of rough bed and relatively low submergence conditions, this value changes with relative submergence. These changes ranged from 0.29 to 0.43. It was also observed that with increasing depth, the Von Karman coefficient initially decreased and increased consecutively. Also, the zero displacement plane has no coherent relationship with relative submergence at all and it cannot be commented definitively. At the end, a new experimental formulation for the VonKarman coefficient has been presented as a twofunction equation with relative submergence boundary.