مطالعۀ عددی اثر زاویۀ اریب در کانال مرکب با سیلاب‌دشت‌های مورب بر اندرکنش بین جریان در کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

• بهرام رضائی ¹
• محمد مهدی سیف ²

¹ دانشگاه بوعلی سینا

² بوعلی سینا

10.22067/civil.v32i1.67923

چکیده

در این تحقیق تلاش شده‌است که میدان جریان شامل توزیع سرعت و تنش برشی مرزی در کانال‌های مرکب با سیلاب‌دشت‌های مورب برای دو زاویۀ اریب 1/5 و 2/9 درجه و عمق‌های نسبی 15/0، 24/0، 41/0 و 50/0 به‌صورت عددی شبیه‌سازی شود. به این منظور از مدل آشفتگی k-e و نرم‌افزار ANSYS-CFX استفاده شده‌است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی توزیع سرعت و تنش برشی در دو مقطع انتخاب و با داده‌های به‌دست‌آمده در آزمایشگاه هیدرولیک مستقر در والینگفورد Flood Channel Facility)) کشور انگلستان مقایسه شده‌است. بررسی‌ها نشان‌دهندۀ انطباق قابل قبول بین داده‌های آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی می‌باشد. با کمک معادلات اندازۀ حرکت توسعه داده‌شده برای حجم کنترل‌هایی در سیلاب‌دشت‌ها، اندرکنش بین جریان در کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها برای زوایای اریب و عمق‌های نسبی مختلف، مورد مطالعه قرار گرفته‌است. بررسی‌ها نشان‌دهندۀ آن است که عموماً به‌دلیل تبادل جرم بین کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها با افزایش زاویۀ اریب و عمق آب، نیروی برشی ظاهری در فصل مشترک قائم بین جریان در کانال اصلی و سیلاب‌دشت‌ها افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

• شبیه‌سازی عددی
• کانال مرکب با سیلاب‌دشت‌های مورب
• مدل آشفتگی k-e
• نیروی برشی ظاهری

---

عنوان مقاله [English]

Numerical Study on the Effects of the Floodplains Angles on Interaction between the Main Channel and Floodplains in Skewed Compound Channels

نویسندگان [English]

• Bahram Rezaei ¹
• Mohamad Mehdi Seif ²

¹ Bu-Ali Sina University

² Bu-Ali Sina University

چکیده [English]

In this research an attempt has been made to model flow field in compound channel with skewed floodplains for two skew angles of 5.1o and 9.2o and relative depths of 0.15, 0.24, 0.41 and 0.50. For numerical modelling the k-e turbulence model and the ANSYS-CFX software were used. The results of numerical modelling of the velocity and boundary shear stress distributions at two selected sections were then compared to the Flood Channel Facility Experimental Data. The study shows that more or less there are good between the experimental data and the results of numerical modelling. Using the momentum equations for the control volumes on the floodplains, the interaction between flow in the main channel and on the floodplains for different skew angles and relative depths has been investigated. The study indicates that in general by increasing the skew angle and water depth due to mass exchange between the subsections, the apparent shear forces at the vertical interface between the main channel and floodplains increases.

کلیدواژه‌ها [English]

• Numerical modeling
• Skewed compound channels
• k-e turbulence model
• Apparent shear force

مراجع

1. Tominaga, A. and Nezu, I., "Turbulent Structure in Compound Open-channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 117, Pp. 21-41, (199).

2. James, M. and Brown, B. J., "Geometric Parameters that Influence Floodplain Flow", Waterways Experiment Section, Hydraulics Laboratory, Department of Defense, US Army Corps of Engineering, (1977).

3. Elliott, S. C. A., "An Investigation into Skew Channel Flow", PhD Thesis, The University of Bristol, (1990).

4. Elliott, S. C. A. and Sellin, R. H. J.,"SERC Flood Channel Facility: Skewed Flow Experiments", Journal of Hydraulic Research, IAHR, Vol. 28, Pp. 197-214, (1990).

5. Sellin, R. H. J., "SERC Flood Channel Facility, Experimental data-Series A, Straight two-stage channels, Skewed floodplain boundaries", The University of Bristol, Vol. 1, (1993).

6. Chlebek, J., "Modelling of Simple Prismatic Channels with Varying Roughness Using the SKM and a Study of Flows in Smooth Non-Prismatic Channels with Skewed Floodplains", PhD Thesis, Birmingham University, (2009).

7. Pezzinga, G., "Velocity Distribution in Compound Channel Flows by Numerical Modeling", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 120, Pp. 1176-1197, (1994).

8. Wu, W., Rodi, W. and Wenka, T., "3D Numerical Modelling of Flow and Sediment Transport in Open Channels", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 126, Pp. 4-15, (2000).

9. Fischer-Antze, T., Stoesser, T., Bates, P. and Olsen, N. R. B., "3D Numerical Modelling of Open Channel Flow with Submerged Vegetation", Journal of Hydraulic Research, IAHR, Vol. 39, Pp. 303-310, (2001).

10. Rameshwaran, P. and Naden, P. S., "Three Dimensional Numerical Simulation of Compound Channel Flows", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol. 129, Pp. 645-652, ( 2003).

11. Kang, H. and Choi, S. U., "Turbulence Modeling of Compound Open-channel Flows with and without Vegetation on the Floodplain Using the Reynolds Stress Model", Advances in Water Resources,Vol. 29, Pp. 1650-1664, (2006).

12. Cokljat, D., "Turbulence Models for Non-circular Ducts and Channels", PhD Thesis, City University of London, (1993).

13. Wright, N. G., Crosseley, A. J., Morvan, H. P. and Stoesser, T., "Detailed Validation of CFD for Flows in Straight Channels", River Flow, Naples, Italy, (2004).

14. Beaman, F., "Large Eddy sSimulation of Open Channel Flows for Conveyance Estimation", PhD Thesis, Nottingham University, (2010).

15. Rezaei, B. and Amiri, H., ''Numerical Modeling of Flow Field in Compound Channels with Non-prismatic Floodplains'', Journal of Scientia Iranica A, Vol. 25, Pp. 2413-2424, (2018).

16. Celik, I. B., Ghia, U. and Roache, P. J., "Procedure or Estimation and Reporting of Uncertainty Due to Discretization in CFD Applications", Journal of Fluids Engineering, ASME, Vol. 130, Pp. 1-4, (2008).

17. Rezaei, B. and Knight, D. W. "Overbank Flow in cCompound Channels with Non-prismatic Floodplains", Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, Vol.137, Pp. 815-824, (2011).