فهرست مطالب
شماره عنوان |
توضیح عنوان |
شماره صفحه |
فصل1 |
کلیات |
2 |
1-1 |
مقدمه |
2 |
1-2 |
الگوی جریان در قوس |
4 |
1-3 |
انواع قوسها |
7 |
1-4 |
انواع آب شکن از لحاظ هیدرولیک جریان |
8 |
1-5 |
اهداف کاربرد آبشکنها |
10 |
1-6 |
مكانيزم كاركرد آبشكنها |
11 |
1-7 |
مراحل آبشستگي |
12 |
فصل2 |
مطالعات کتابخانهای |
15 |
2-1 |
مقدمه |
15 |
2-2 |
پژوهشهای گذشته |
16 |
2-2-1 |
پژوهشهای گذشته در مدل جریان و آبشستگی |
16 |
2-2-2 |
پژوهش های انجام شده با مدل دو بعدی میانگین گیری در عمق |
29 |
فصل3 |
مواد و روشها |
43 |
3-1 |
مقدمه |
44 |
3-2 |
معرفی مدل آزمایشگاهی |
44 |
3-2-1 |
مشخصات کانالهای مورد آزمایش |
44 |
3-2-1-1 |
مشخصات کانال ساده |
44 |
3-2-1-2 |
مشخصات آبشکن |
45 |
3-2-2 |
مشخصات هیدرولیکی آزمایش ها |
46 |
3-2-3 |
اندازه گیری دبی جریان |
46 |
3-2-4 |
اندازه گیری سرعت جریان |
47 |
3-2-5 |
اندازه گیری عمق جریان و تراز بستر |
48 |
3-2-6 |
نحوه انتخاب نقاط اندازه گیری سرعت |
49 |
3-3 |
دینامیک سیالات محاسباتی |
50 |
3-3-1 |
معرفی دینامیک سیالات محاسباتی |
50 |
3-3-2 |
اعتبارسنجی مدل های CFD |
50 |
3-4 |
معادلات حاکم |
51 |
3-4-1 |
معادلات حاکم بر جریان سیال |
51 |
3-4-2 |
معادلات بقای جرم در حالت سه بعدی |
51 |
3-4-3 |
معادله اندازه حرکت در حالت سه بعدی |
53 |
3-5 |
معادلات دو بعدی و میانگین گیری در عمق |
56 |
3-6 |
معادلات دو بعدی برای جریان کم عمق |
58 |
3-7 |
معرفی CCHE2D |
60 |
3-7-2 |
تشکیل شبکه با استفاده از روشهای جبری |
60 |
3-7-2-1 |
روش دو لایه مرزی |
61 |
3-7-3 |
شبیه سازی عددی |
63 |
3-7-4 |
مراحل کلی مدل سازی با استفاده از نرم افزار CCHE2D |
63 |
3-7-5 |
تشکیل شبکه |
64 |
3-7-6 |
شرایط مرزی |
64 |
3-7-7 |
تنظیم پارامترها |
64 |
3-7-8 |
شبیه سازی |
64 |
3-7-9 |
معادلات اصلی مدل سازی |
65 |
3-7-10 |
مدل جریان مخالف لزجت |
65 |
3-7-11 |
معادله دو بعدی K-є |
67 |
3-8 |
انتقال رسوب |
68 |
3-8-1 |
بارکل |
68 |
3-8-2 |
انتقال بدون تعادل |
69 |
3-8-3 |
طبقه بندی رسوب بستر |
69 |
3-8-4 |
شرایط اولیه |
70 |
3-8-5 |
فرمول های تجربی |
70 |
فصل 4 |
بررس الگوی جریان و تغییرات بستر قوس 90 درجه ساده |
71 |
4-1 |
مقدمه |
72 |
4-2 |
بررسی کانتور های سرعت در قوس 90 درجه |
72 |
4-3 |
بررسی پروفیلهای عرضی مولفه سرعت در مقاطع مختلف |
74 |
4-4 |
تغییرات توپوگرافی بستر کانال قوس دار، 90 درجه بدون آبشکن |
76 |
4-4-1 |
مقایسه مدل آزمایشگاهی با مدل میانگینگیری در عمق |
76 |
4-4-2 |
بررسی تاثیر شعاع های نسبی مختلف در کانال بدون آبشکن |
81 |
فصل 5 |
بررسی الگوی جریان در قوس 90 درجه باآبشکن به روش متوسط گیری سرعت در عمق |
84 |
5-1 |
مقدمه |
85 |
5-2 |
میدان حل |
85 |
5-2-1 |
مش بندی در نرم افزار CCHE2D |
85 |
5-2-2 |
نتایج تحلیل با تعداد نقاط مش بندی متفاوت |
86 |
5-3 |
بررسی روند تغییرات سرعت میانگین گیری شده در عمق در امتداد کانال |
87 |
5-4 |
بررسی پروفیلهای عرضی مولفه سرعت در مقاطع مختلف |
90 |
5-5 |
الگوی جریان در اطراف آبشکن |
93 |
5-6 |
بررسی توزیع سرعت و تنش برشی کانال حول آبشکن |
95 |
5-7 |
بررسی تاثیر شعاعهای نسبی مختلف بر روند تغییرات سرعت در طول کانال |
96 |
فصل 6 |
بررسی تغییرات توپوگرافی بستر در قوس 90 درجه با آبشکن |
101 |
6-1 |
مقدمه |
102 |
6-2 |
مشخصات میدان حل |
102 |
6-3 |
جزئیات محاسباتی میدان جریان |
102 |
6-4 |
بررسی تغییرات توپوگرافی بستر |
103 |
6-5 |
بررسی تاثیر موقعیتهای مختلف قرارگیری آبشکن در قوس |
104 |
6-5-1 |
مقایسه نتایج مدلهای عددی سه بعدی و مدل میانگینگیری در عمق |
104 |
6-5-2 |
مقایسه توپو گرافی بستر با استفاده از روش میانگینگیری در عمق با نتایج شبیه سازی سه بعدی و نتایج آزمایشگاهی |
107 |
6-6 |
بررسی تاثیر شعاع های انحنا نسبی مختلف |
110 |
6-7 |
اثرات تغییر دبی |
119 |
فصل 7 |
نتیجهگیری و پیشنهادات |
120 |
7-1 |
مقدمه |
122 |
7-2 |
نتیجهگیری |
122 |
7-2-1 |
بررسی الگوی جریان در قوس ساده 90 درجه |
122 |
7-2-2 |
بررسی الگوی جریان حول آبشکن در قوس 90 درجه |
123 |
7-2-3 |
بررسی تغییرات تراز بستر حول آبشکن در قوس 90 درجه |
123 |
7-3 |
پیشنهادات |
126 |
فهرست منابع |
126 |
فهرست اشکال
شماره شکل |
توضیحات |
صفحه |
شکل (1-1) |
آبشكن هاي سنگ ريزه اي، رودخانه حله، استان بوشهر |
3 |
شکل (1-2) |
الگوی جریان ثانویه شکل گرفته در کانال روباز |
4 |
شکل (1-3) |
طرحی از جریان ثانویه و جریان حلزونی |
5 |
شکل (1-4) |
جریان در قوسها |
6 |
شکل (1-5) |
انواع قوس |
7 |
شکل (1-6) |
طرحی از کانال مئاندری |
8 |
شکل (1-7) |
انواع آرايش آبشكن هاي جاذب، عمودي و دافع |
9 |
شکل (1-8) |
انواع شكل ظاهري آبشكن ها در پلان |
10 |
شکل (1-9) |
نمايش ساده جريان چرخشي پيرامون يك آبشكن |
11 |
شکل (1-10) |
ساختار جریان چرخشی پیرامون یک آبشکن |
12 |
شکل (1-11) |
مراحل توسعه حفره آبشستگي |
13 |
شکل (2-1) |
تغییرات تراز بستر ، تغییرات تراز بستر0 (نوح و تونسند، 1979) |
18 |
شکل (2-2) |
پروفیل سرعت در قوس تند (رزوفسکی، 1975) |
19 |
شکل (2-3) |
قدرت جریان ثانویه برای سه نوع شبیه سازی با زبری بستر متفاوت (وان بالن) |
21 |
شکل (2-4) |
مکان هندسی حداکثر سرعت در طول قوس برای مصالح متفاوت بستر |
21 |
شکل (2-5) |
توزیع قائم جریان ثانویه در مقطع عرضی تحت زاویه 60 درجه (جونگ و یون، 1998) |
22 |
شکل (2-6) |
تغییرات طولی تراز سطح آب در امتداد دیوارههای داخلی و خارجی (جونگ و یون، 1998) |
22 |
شکل (2-7) |
طرحی از نواحی چرخشی عرضی در کانالهای باز قوسدار (بلانکارت و دیورند، 2004) |
23 |
شکل (2-8) |
خطوط جریان در مقاطع عمودی (ناجیابهری و همکاران، 2010) |
25 |
شکل (2-9) |
توزیع تنش برشی بستر در طول خم (ناجیابهری و همکاران، 2010) |
26 |
شکل (2-10) |
قدرت جریان ثانویه در طول قوس (ناجیابهری و همکاران، 2010) |
26 |
شکل (2-11) |
توپوگرافی بستر در انتهایی آزمایش (قدسیان و همکاران 2009) |
29 |
شکل (2-12) |
نمای کانال مستقیم همراه با آبشکن و قرار گیری مش در اطراف آن (ویمینگ 2004) |
29 |
شکل (2-13) |
بردارهای الگوی جریان در برخورد با آبشکن (ویمینگ 2004) |
31 |
شکل (2-14) |
سرعتهای اندازه گیری شده و محاسباتی اطراف آبشکن (ویمینگ 2004) |
31 |
شکل (2-15) |
نمای کانال باز شونده ناگهانی و قرار گیری مش در طول کانال (ویمینگ2004) |
32 |
شکل (2-16) |
مقایسه سرعت های آزمایشگاهی و مدل های آشفتگی، میانگینگیری در عمق، در کانال باز شونده (ویمینگ2004) |
32 |
شکل (2-17) |
محدوده مورد بررسی و مش بندی شده رودخانه فال (ویمینگ2004) |
33 |
شکل (2-18) |
مقایسه سرعتهای برداشت از محل با مدلهای آشفتگی در رودخانه فال (ویمینگ2004) |
34 |
شکل (2-19) |
تغییرات تنش برشی در قوس 180 درجه (واقفی، 2014) |
35 |
شکل (2-20) |
محل مورد بررسی (لیوشیهی 2007) |
35 |
شکل (2-21) |
مقایسه سرعتهای برداشت شده از محل با مدل میانگینگیری در عمق (لیوشیهی2007) |
36 |
شکل (2-22) |
توزیع سرعت در برخورد با آبشکن در قوس 180 درجه، مدل میانگینگیری در عمق، کد عددی CCHE2D، (مغربی 1390) |
37 |
شکل (2-23) |
جریانات برگشتی، مدل عددی میانگین گیری در عمق، کد عددیCCHE2D |
37 |
شکل (2-24) |
توزیع تنش برشی، مدل میانگینگیری در عمق، کد عددی CCHE2D (مغربی 1390) |
38 |
شکل (2-25) |
توزیع سرعت و توزیع آلودگی با مدل میانگینگیری در عمق، کد عددی CCHE2D |
39 |
شکل (2-26) |
مقایسه پراکندگی سرعت و آلودگی، مدل میانگینگیری در عمق، کد عددی CCHE2D، |
40 |
شکل (2-27) |
نمايي از پلان نقش هبرداري شده، همراه با خطوط توپوگرافي بازه و مقاطع اندازه گيري پارامترهاي جريان (فتحی 1391) |
40 |
شکل (2-28) |
شبیه سازی جریان آب (فتحی 1391) |
41 |
شکل (2-29) |
نمودار تغييرات سرعت آب شبيه سازي شده با مدل و اندازهگيري شده در رودخانه در مقاطع سه گانه (فتحی 1391) |
42 |
شکل (3-1) |
مشخصات قسمت قوسی شکل کانال با انحناهای نسبی مختلف (فضلی، 1387) |
45 |
شکل (3-2) |
نمایی از فلوم آزمایشگاهی برای (فضلی 1387) |
45 |
شکل (3-3) |
منحنی دانه بندی رسوبات استفاده شده (فضلی، 1387) |
46 |
شکل (3-4) |
نمایی از سرعت سنج Vectrino |
48 |
شکل (3-5) |
نمایی از شبکه برداشت تراز بستر (فضلی، 1387) |
48 |
شکل (3-6) |
موقعیت مقاطع برداشت شده داخل خم ها (فضلی 1387) |
49 |
شکل (3-7) |
طرحی از مکان نقاط اندازه گیری شده در یک سطح مقطع (فضلی 1387) |
49 |
شکل (3-8) |
المان سیال (ورستیگ و مالالاسکرا، 1996) |
51 |
شکل (3-9) |
جریان جرمی ورودی و خروجی از المان سیال (ورستیگ و مالالاسکرا، 1996) |
52 |
شکل (3-10) |
مؤلفههای تنش روی المان سیال (ورستیگ و مالالاسکرا، 1996) |
55 |
شکل (3-11) |
مؤلفههای تنش روی جهت x (ورستیگ و مالالاسکرا، 1996) |
55 |
شکل (3-12) |
لایه مرزی (ون راین، 1990) |
56 |
شکل (3-13) |
قلمرو یک بلوکه واحد (راهنمای استفاده از نرم افزار CCHE2D) |
61 |
شکل (3-14) |
پروفیلهای سرعت، ناپایداری لزج (راهنمای استفاده از برنامه CCHE2D) |
66 |
شکل (3-15) |
پروفیلهای سرعت، ناپایداری لزج (راهنمای استفاده از برنامه CCHE2D) |
66 |
شکل (3-16) |
طبقه بندی رسوب (راهنمای استفاده از نرم افزار CCHE2D) |
69 |
شکل (4-1) |
کانتور سرعت در راستایX |
73 |
شکل (4-2) |
کانتور سرعت در راستای Y |
73 |
شکل(4-3) |
کانتور های سرعت کلی میانگینگیری در عمق |
74 |
شکل(4-4) |
پروفیلهای مولفه سرعت محوری Ut در مقاطع عرضی مختلف قوس 90 درجه |
75 |
شکل (4-5) |
تغییرات بستر در کانال بدون آب شکن R/B=2 |
76 |
شکل (4-6) |
مقاطع آبشستگی در کانال بدون آب شکن R/B=2 |
77 |
شکل (4-7) |
تغییرات بستر در کانال بدون آب شکن R/B=3 |
78 |
شکل (4-8) |
مقاطع آبشستگی در کانال بدون آب شکن |
79 |
شکل (4-9) |
تغییرات بستر در کانال بدون آب شکن R/B=3 |
79 |
شکل (4-10) |
مقاطع آبشستگی در کانال بدون آب شکن |
80 |
شکل (4-11) |
تغییرات بستر در قوس 90 درجه |
82 |
شکل (4-12) |
مقاطع آبشستگی در کانال بدون آب شکن و شعاع های نسبی مختلف |
83 |
شکل(5-1) |
مقایسه شبکه بندی با تعداد نقاط مختلف |
87 |
شکل (5-2) |
کانتور سرعت در راستای Y |
88 |
شکل (5-3) |
کانتور سرعت در راستای X |
88 |
شکل (5-4) |
کانتور سرعت میانگین گیری برای دبی 25 لیتر بر ثانیه و آبشکن در زاویه 45 درجه |
89 |
شکل (5-5) |
پروفیلهای مولفه سرعت محوری Ut در مقاطع عرضی مختلف |
92 |
شکل (5-6) |
مقایسه سرعت در مقاطع مختلف در طول قوس (مدل عددی میانگینگیری در عمق) |
92 |
شکل (5-7) |
بردارهای سرعت در کانال با آبشکن |
95 |
شکل (5-8) |
توزیع تنش برشی پیشبینی شده برای دبی 25 لیتر بر ثانیه و آبشکن در زاویه 45 درجه |
96 |
شکل(5-9) |
مقایسه خطوط هم سرعت مدل میانگینگیری در عمق با نتایج سه بعدی در شعاعهای نسبی R=b |
97 |
شکل (5-10) |
مقایسه خطوط هم سرعت مدل میانگینگیری در عمق با نتایج سه بعدی در شعاعهای نسبی R=2b |
97 |
شکل (5-11) |
مقایسه خطوط هم سرعت مدل میانگینگیری در عمق با نتایج سه بعدی در شعاعهای نسبی R=3b |
98 |
شکل (5-12) |
مقایسه خطوط هم سرعت مدل میانگینگیری در عمق با نتایج سه بعدی در شعاعهای نسبی R=4b |
98 |
شکل (5-13) |
مقایسه خطوط هم سرعت مدل میانگینگیری در عمق با نتایج سه بعدی در شعاعهای نسبی R=6b |
99 |
شکل (6-1) |
شمایی از شبکه بندی تولید شده |
102 |
شکل (6-2) |
بررسی روند تغییرات توپوگرافی بستر |
103 |
شکل (6-3) |
تاثیر موقعیت قرارگیری آبشکن در 30 درجه بر روی توپوگرافی |
105 |
شکل (6-4) |
تاثیر موقعیت قرارگیری آبشکن در 45 درجه بر روی توپوگرافی بستر |
106 |
شکل (6-5) |
تاثیر موقعیت قرارگیری آبشکن در 75 درجه بر روی توپوگرافی بستر |
106 |
شکل (6-6) |
تغییرات طولی توپوگرافی بستر در میانه کانال |
107 |
شکل (6-7) |
مقایسه بین نتایج آزمایشگاهی و مدل عددی سه بعدی و میانگینگیری در عمق برای آبشکن در موقعیت 30 درجه |
108 |
شکل (6-8) |
مقایسه بین نتایج آزمایشگاهی و مدل عددی سه بعدی و دو بعدی برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
109 |
شکل (6-9) |
مقایسه بین نتایج آزمایشگاهی و مدل میانگینگیری در عمق برای آبشکن در موقعیت 60 درجه |
110 |
شکل (6-10) |
تاثیر شعاع انحناءهای نسبی R/B=1 بر توپوگرافی بستر برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
111 |
شکل (6-11) |
تاثیر شعاع انحناءهای نسبی R/B=2بر توپوگرافی بستر برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
112 |
شکل (6-12) |
تاثیر شعاع انحناءهای نسبی R/B=3 بر توپوگرافی بستر برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
112 |
شکل (6-13) |
تاثیر شعاع انحناءهای نسبی R/B=4بر توپوگرافی بستر برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
113 |
شکل (6-14) |
تاثیر شعاع انحناءهای نسبی R/B=6 بر توپوگرافی بستر برای آبشکن در موقعیت 45 درجه |
113 |
شکل (6-15) |
پروفیل طولی بستر در نزدیکی قوس داخلی و خارجیR/B=1 |
115 |
شکل (6-16) |
پروفیل طولی بستر در نزدیکی قوس داخلی و خارجی |
115 |
شکل (6-17) |
پروفیل طولی بستر در نزدیکی قوس داخلی و خارجیR/B=3، |
116 |
شکل (6-18) |
پروفیل طولی بستر در نزدیکی قوس داخلی و خارجیR/B=4 |
116 |
شکل (6-19) |
پروفیل طولی بستر در نزدیکی قوس داخلی و خارجیR/B=6 |
117 |
شکل (6-20) |
تغییرات عرضی بستر در مقاطع |
118 |
شکل (6-21) |
تاثیر شعاع نسبی بر حداکثر عمق آبشستگی |
119 |
شکل (6-22) |
تغییرات بستر در قوس همراه با قرار گیری آبشکن در موقعیت 45 درجه برای دبی های مختلف |
120 |
فهرست علائم
سطح مقطع روزنه |
A |
مساحت نسبی جریان در جهت x |
|
مساحت نسبی جریان در جهت y |
|
عرض کانال |
b |
ثابت مدل آشقتگی |
|
ثابت مدل آشقتگی |
|
ضریب شزی |
|
فاکتور تصحیح |
|
ثابت مدل آشقتگی |
|
تغییرات بستر |
dz |
نرخ زمانی جرم |
dQ |
شتاب جاذبه |
|
عمق جریان |
|
عمق آب |
|
عمق اولیه جریان |
|
انرژی جنبشی آشفته |
|
ضریب مانینگ |
|
تابع شکل |
|
فشار متوسط |
|
فشار نوسانی |
|
دبی جریان |
|
شعاع انحنای مرکزی کانال |
|
شعاع انحنای مرکزی |
|
عدد رینولدز |
|
شعاع هیدرولیکی |
|
عبارت مربوط به چشمه |
|
شیب طولی |
|
زمان |
|
بردار سرعت |
𝑢 |
سرعت در جهت جریان |
|
سرعت متوسط در جهت جریان |
|
بردار سرعت متوسط |
|
سرعت متوسطگیری شده در عمق |
|
سرعت نوسانی در جهت جریان |
|
سرعت برشی در کف کانال |
|
سرعت در جهت عرضی |
|
سرعت متوسط عرضی |
|
حجم کنترل |
|
سرعت عرضی در سطح آزاد |
|
سرعت متوسط عمودی |
|
عمق آب |
|
فاصله بیبعد از دیوار |
|
مختصات در جهت عمودی |
|
اختلاف تراز جیوه در مانومتر متصل به لوله جریان |
|
گام زمانی |
|
ابعاد المان سیال |
|
ابعاد المان سیال |
|
ابعاد المان سیال |
|
نرخ استهلاک لزج |
|
ثابت ون کارمن |
|
لزجت ثانویه |
|
لزجت دینامیکی |
|
لزجت ادی |
|
چگالی آب |
|
چگالی مایع |
|
چگالی جامد |
|
ثابت مدل آشقتگی |
|
ثابت مدل آشقتگی |
|
تنشهای برشی |
|
تنش برشی در جهت عرضی |
|
تنش برشی طولی |
|
تنش برشی دیوار |
|
مقدار هر خاصیت در واحد جرم |
|
نرخ بدون بعد انتقال رسوب |
|
مقدار کمیت در گره بالادست |
