بررسی اثر شعاع انحنای کانال بر مشخصات هیدرولیکی جریان در سطوح شیب‌دار

مسیرهای خم رودخانه از مناطق مهم در بررسی الگوی جریان به شمار می‌روند. جریان در خم‌های رودخانه تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز و گرادیان فشار قرار دارد. با توجه به آنکه رودخانه‌ها دارای شیب‌های بستر مختلف بوده‌اند، بنابراین، مطالعه الگوی جریان سه‌بعدی در این‌گونه از مجاری اهمیت بالایی دارد. هدف این مقاله بررسی مولفه‌های سرعت سه‌بعدی جریان در خم‌های ملایم و تند 90 درجه با بستری شیب‌دار بوده است. آزمایش‌ها در کانالی با نسبت شعاع انحنای مرکزی به عرض دو، چهار و شش انجام شده که اندازه‌گیری سرعت جریان با استفاده از سرعت‌سنج vectrino که از پیشرفته‌ترین انواع سرعت‌سنج‌هاست، صورت گرفته است. نتایج نشان داد که به دلیل وجود مولفه وزن سیال آب در راستای شیب بستر، حداکثر سرعت طولی جریان در بخش‌های ابتدایی خم برای خم‌های ملایم در نزدیکی دیواره خارجی رخ می‌دهد، درحالی‌که در بخش‌های انتهایی به نزدیکی میانه عرض کانال منتقل می‌شود. در همه اعداد فرود و در همه قوس‌ها نیم‌رخ عرضی سرعت به دولایه یکی نزدیک به دیواره خارجی قوس با میزان حداکثر سرعت و در لایه نزدیک به دیواره داخلی نیمرخ حداقل سرعت در فاصله 25 درصدی عرض کانال قابل تفکیک می‌باشد همچنین مشاهده شد با افزایش دوبرابری عدد فرود از مقدار 0.05 به 0.1 موقعیت بیشینه تنش برشی از محدوده تا زاویه 30 درجه، به محدوده تا زاویه 50 درجه مقطع و در نزدیکی دیواره خارجی امتداد یافته است.

investigating the effect of channel bend radius on flow characteristics in inclined bed channels

meanders in rivers are critical areas for studying flow patterns. flow within river bends is influenced by centrifugal forces and pressure gradients. given that rivers exhibit various bed slopes, studying the three-dimensional flow pattern in such channels is of significant importance. the objective of this study was to investigate the three-dimensional velocity components of flow in gentle and sharp 90-degree bends with sloped beds. experiments were conducted in a channel with central curvature radius-to-width ratios of two, four, and six. velocity measurements were performed using the vectrino velocity meter, one of the most advanced instruments for measuring flow velocity. the results indicated that due to the effect of the water’s weight component along the bed slope, the maximum longitudinal flow velocity in the initial sections of the bend for gentle bends occurs near the outer wall. however, in the later sections, it shifts closer to the middle of the channel width. across all froude numbers and all bends, the transverse velocity profile could be divided into two layers: one near the outer wall of the bend with maximum velocity and another near the inner wall of the bend with minimum velocity, located at 25% of the channel width. it was also observed that by doubling the froude number from 0.05 to 0.1, the location of maximum shear stress extended from the range of up to 30 degrees to the range of up to 50 degrees of the bend section, and was concentrated near the outer wall.