مطالعه تجربي جريان آشفته در يك كانال مركب با عمق كم سيلاب دشت به كمك سرعت سنجي تصويري ذرات

Study on turbulent flow in a compound channel with shallow overbank using Particle Image Velocimetry

در كانال هاي مركب علاوه بر جريان برشي ناشي از كف (جريان لايه مرزي)، نيروهاي ديگري توسط انتقال مومنتم بين كانال اصلي و سيلاب دشت ها (لايه برشي آزاد) نيز ايجاد مي شود. به دليل وقوع چنين انتقال مومنتومي، جريان سه بعدي پيچيده اي در كانال مركب شكل مي گيرد. پژوهش هاي پيشين نشان داده است كه با كاهش عمق جريان در سيلاب دشت بر شدت جريان هاي ثانويه و بنابراين پيچيدگي هاي جريان افزوده مي شود، كه اين پيچيدگي ها به خوبي تبيين و توصيف نشده است. به منظور بررسي ساختار جريان آشفته با عمق كم آب در سيلاب دشت، ميدان جريان در يك كانال مركب با ديواره هاي قائم به روش سرعت سنجي تصويري ذرات اندازه گيري شده است. بررسي نتايج مطالعه حاضر نشان مي دهد كه حداكثر سرعت طولي در كانال اصلي در زير تراز سيلاب دشت رخ مي دهد. متفاوت با پژوهش هاي پيشين در كانال مركب با ديواره مياني مايل كه توزيع عمقي شدت هاي آشفتگي در كانال اصلي داراي دو رفتار متفاوت در دو ناحيه پايين و بالاي تراز سيلاب دشت است، در مطالعه حاضر براي پروفيل شدت آشفتگي طولي و تنش برشي رينولدز در عمق، سه رفتار متفاوت (كاهشي و يا افزايشي) و براي شدت آشفتگي قائم چهار رفتار متفاوت مشاهده شد. از تغييرات سرعت برشي بستر در عرض كانال مي توان دريافت كه سرعت برشي در سيلاب دشت تقريباً ثابت است و با نزديك شدن به ناحيه اندركنش افزايش مي يابد.

In compound channels, in addition to shear flow originated from the bed (boundary layer flow), other forces are generated by momentum transform between the main channel and the floodplain (free shear layer). Due to such special type of momentum transport, a complicated three-dimensional flow structure forms in a compound channel. Previous studies showed that in a compound channel, secondary currents are enhanced for shallow overbank flow and consequently the complexity of flow structure increases. However, this complexity has not been described properly. To explore turbulent structure of a shallow overbank flow, flow field is measured in a compound channel with vertical walls using Particle Image Velocimetry. The results show that in the main channel, the maximum amount of streamwise velocity occurs below the floodplain level. Whereas in previous studies in compound channels with inclined transitional wall, turbulence intensities profiles in the main channel showed two different trends at lower and higher elevations of the floodplain invert, in the present study three different increasing or decreasing trends were observed for Reynolds shear stress and longitudinal turbulence intensity profiles and four different trends were observed for vertical turbulence intensity. Bed shear velocity was approximately constant in the floodplain but it increased near the interaction zone.