مدل‌سازي فيزيكي آبشستگي زير لوله‌هاي مستغرق منفرد و دوتائي

Physical Modeling of Scour below Single and Double Submerged Pipes

آبشستگي موضعي در اطراف لوله‌ هاي عبوري از بستر رودخانه­ ها به­ دليل تحميل خسارت­هاي زياد اقتصادي، زيست­ محيطي و اجتماعي كه در پي دارد همواره مورد توجه محققان و طراحان اين سازه­ ها بوده است. اين پژوهش با هدف بررسي جامع­ الگوي جريان، مكانيزم آبشستگي و توسعۀ زماني چالۀ آبشستگي در اطراف لوله­ هاي مستغرق تحت جريان يك­سويه، در آزمايشگاه تحقيقاتي هيدروليك و سازه­ هاي آبي بخش مهندسي آب دانشگاه شهيد باهنركرمان اجرا شد. آزمايش­ها براي دو حالت لوله منفرد و دوتائي موازي در فاصله­ هاي مختلف از يكديگر و در شرايط هيدروليكي متفاوت صورت پذيرفت. نتايج نشان داد كه در اثر برخورد جريان با لولۀ منفرد، فرآيند آبشستگي با شكل­ گيري يك جريان نشتي زيرسطحي از بالادست به­سمت پايين‌دست لوله آغاز مي‌شود و بعد از آن شكل‌گيري فرسايش تونلي و عبور جت جريان از زير لوله عامل اصلي توسعۀ طولي و عمقي چاله آبشستگي است. در حالت دوتائي موازي، بسته به فاصلۀ بين دو لوله، پروفيل­هاي مختلفي براي چالۀ آبشستگي مشاهده مي‌شود. نشان داده شد كه با تغيير فاصلۀ نسبي بين دو لوله از S/D=0 به S/D=2، حداكثر عمق آبشستگي براي دبي 28 ليتر بر ثانيه به‌ترتيب 50 درصد و 44 درصد افزايش مي‌يابد. در اين حالت (دوتائي)، اندركنش جريان و لوله­ ها، سبب تضعيف گردابه­ هاي تشكيل شده در اطراف لوله­ ها مي‌شود و بدين­ترتيب عمق آبشستگي، در مقايسه با حالت لوله منفرد، كمتر است به­ طوري­كه حداكثر عمق آبشستگي در حالت لوله منفرد، 27/1 برابر مقدار متناظر آن در حالت لوله­ هاي دوتائي است.

Due to considerable economic, environmental and social impacts, scouring around pipelines has been focus of consideration by different researchers and designers of hydraulic structures. Presentresearch was carried out to investigate the flow pattern, scour mechanism, and temporal evolution of scour hole around the submerged pipes at the Hydraulic Laboratory of Department of Water Engineering located in Shahid Bahonar University of Kerman. The experiments were performed for single pipe and two parallel pipes (double pipes) with different spacing and hydraulic conditions. The results showed that, when water flows around the pipe, the scour process started by establishment the piping flow from pipe upstream side to downstream side. Next, the tunneling erosion was occurred and a flow jet passed below the pipeline, which was the main factor for the development of scour hole. In the case of double pipes, depending on the spacing between the two pipes, different profiles were observed at the scour hole. For both cases of single and double pipes, by increasing the flow discharge, the depth of the scour hole increased. In addition, the observations revealed that the scour depth for single pipe was always more than the double pipes. In the case of double pipes, the interactions between flow and pipes weakened the vortices strength. Under this circumstance, the depth of scour hole at single pipe was less than double pipes, so that, for the discharge of 28 L/s, the maximum scour depth of the single pipe was 1.27 times more than that of the double pipes.