بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله ، الگوی جریان آشفته به ﳘراه فرآیند انتقال رسوبات در دو قوس متناوب 180 درجه تند به کمک مدل عددی MIKE 3 مدل سازی گردیده است. نتایج حاصل از مدل عددی نشان می دهد که مدل فوق الذکر به طور کلی به خوبی جریان ثانویه را در قوس نشان می دهد و اثرات ترکیﱯ جریان در قوس های متناوب باعث شکل گﲑی پشته های رسوبی در کرانه های داخلی دو قوس و نقطه ی عطف چم آب گردیده است.
واژههای کلیدی: قوس 180 درجه، الگوی جر یان در خم ، مدل شبیه سازی عددی MIKE 3
مقدمه
جریان در قوس رودخانه های طبیعی جریانی آشفته و بسیار پیچیده می باشد که بر نحوه ی فرسا یش و رسوب گذاری تاثیر گذاشته و توپوگرافی نامنظمی را موجب می شود؛ بطور یکه فرسا یش در قوس خارجی و رسوبگذاری در قوس داخلی صورت می گ یرد. از جمله مشخصات بارز جریان در قوسها وجود جر یان حلزونی بوده که از اندر کنش جر یان ثانویه و ا نرسی جریان بوجود می آ دی. جریان ثانویه نیز به نوبه خود از عدم تعادل بین نیروی گریز از مرکز و نیروی فشاری ناشی از بالا افتا دگی تراز سطح آب در قوس خارجی بوجود می آ دی. به بیان دیگر سرعت جر یان در لا یه های سطحی نسبت به لا یه های تحتانی بیشتر بوده؛ بنابر ا ین شتاب گر یز از مرکز سبب شده تا ذرات جریان در قسمت های فوقانی به سمت ساحل خارجی رانده شده و ذرات جر یان در لا یه های پا یینی به سمت قوس داخلی حرکت کنند و ذرات رسوب را در کف بستر به سمت قوس داخلی منتقل نما دی.
بنابر این با توجه به بردار جر یان در امتداد قوس؛ یک جریان عرضی که در بستر به سمت قوس داخلی و در سطح آب به سمت قوس خارجی است؛ شکل گرفته که از ترکیب این جریان عرضی با جر یان طولی یک جریان حلزونی بوجود می آ دی. جریان حلزونی نقش مهمی در مسیر انتقال رسوب و تغ ییرات مورفولوژی رودخانه ا یفا می کند . شکل - 1 - نمایشی از الگوی جریان ثانویه؛ به همراه جریان اصلی و جریان حلزونی را نشان می دهد .[1] بلانکارت و گراف - 2001 - در یک قوس 120 درجه ملایم به بررسی الگوی جر یان و آشفتگی پرداختند . آنها اندازه گیری را بعد از تثبیت توپوگرافی بستر ماسه ای با قطر متوسط 1/2 میلیمتر که در شرایط آب تمیز تشکیل شده را انجام دادند.
طی بررسی در مقطع 60 درجه آنها دریافتند یک جریان چرخشی تحت عنوان سلول چرخشی مرکزی وجود دارد و علاوه بر ا ین یک جرانیچرخشی دِگر در خلاف جهت این جریان در نزد یکی قوس خارجی وجود دارد . این محققین بر اساس بررسی تنش های برشی ر ینولدر به ا ین نتیجه رسیدند که عدم همگنی تنشهای قایم رینولدز داخل مقطع باعث ا یجاد سلول چرخشی دوم در کنار جداره خارجی می شود . آنها همچنین اظهار نموده اند که جر یان ثانویه دوم عاملی برای جلوگیری از فرسایش قوس بیرونی می باشد و دلیل آنرا وقوع حداکثر سرعت در مرز بین دو سلول و دور از جداره خارجی عنوان کرده اند .[2]
ناحیه ی مورد بررسی
ناحیه ی مورد بررسی شامل دو قوس 180 درجه تند متوالی با نسبت RBC برابر با 2/5 و شیب طولی 0/05 می باشد. شرط مرزی ورودی به ناحیه ی مورد بررسی شامل دبی ثابت و شرط مرزی خروجی شامل سطح آب معرفی شده می باشد . همچنین در بخش انتقال رسوبات از مقدار رسوب معین و ثابت در ورودی و شرط گرادیا ن تغییرات در جهت عمودی برابر با صفر در مرز خروجی ناحیه ی مورد بررسی استفاده شده است. شکل - 2 - نشان دهنده ی شبکه بندی ایجاد شده در ناحیه ی مورد بررسی در محیط نرم افزار Generation می باشد.
مدل عددی و معادلات حاکم
مدل شبیه سازی عددی MIKE 3 یک مدل جدید در زمینه مدلسازی جریان با شبکه های منعطف 1 می باشد. این مدل برای کاربرد در زمینه های اقیانوس شناسی، مهندسی سواحل و محیط زیست توسعه داده شده است . این مدل عددی از زیر برنامه هایی برای شبیه سازی هیدرودینامیکی جریان2 ، شبیه سازی انتقال3 ، شبیه سازی پدیده های زیست محیطی 4 ، شبیه سازی تعقیب ذرات5 ، شبیه سازی جریان گل آلود6 و شبیه سازی انتقال ماسه 7 تشکیل یافته است .[4] مدل شبیه سازی هیدرودینامیکی در واقع جز اصلی مدلسازی در این مدل عددی می باشد که امکان شبیه سازی های دیگر را فراهم می آورد . مدل شبیه سازی هیدرودینامیکی به حل عددی معادلات RANS 8 با فرض بوزینسک در آشفتگی می پردازد .
بنابر این این مدل شامل معادلات پیوستگی، مومنتوم، درجه حرارت و دانسیته می باشد و با کمک معادلات آشفتگی مجموعه معالات تکمیل می گردد . در این مدل سطح آزاد سیال به کمک روش تبدیل مختصات سیگما 9 محاسبه می گردد. گسسته سازی معادلات در این نرم افزار به کمک روش حجم محدود در مرکز سلول 10 انجام می گیرد .[5] همچنین در این نرم افزار در جهت افقی از شبکه های ساختار نیافته و در جهت عمودی از شبکه های ساختار یافته استفاده می شود . شکل - 3 - نشان دهنده ی ساختار شبکه بندی سه بعدی در این نرم افزار می باشد.
