مطالعه هيدروديناميك لايه اختلاطي محاط بر يك ناحيه جدايي جريان كم عمق با استفاده از روش SPIV- بخش اول: ساختار جريان متوسط

Hydrodynamics of the Mixing Layer Bounding a Separation Zone Using SPIV, Part1: Mean Flow Structure

لايه‌هاي اختلاطي يا برشي ساختارهاي مهم هيدروديناميكي هستند كه در اغلب مسايل مهندسي هيدروليك نقش مهمي در شكل‌گيري ساختار عمومي جريان داشته و علاوه بر آن پديده‌هايي مانند انتقال رسوب، پخش آلودگي و تبادل مومنتم جريان‌هاي متوسط و آشفته را كاملاً تحت تاثير قرار مي‌دهند. در اين تحقيق، يك ناحيه چرخشي با استفاده از نصب يك مانع جانبي در كانال شكل گرفته و الگوي جريان در امتداد لايه برشي محاط بر ناحيه چرخشي با استفاده از روش سرعت‌سنجي تصويري ذرات با فركانس 37 هرتز و در موقعيت‌هاي مختلف اندازه‌گيري شده است. نتايج اندازه‌گيري‌هاي صورت گرفته نشان مي‌دهد كه پديده تشابه پروفيل‌هاي سرعت بي بعد شده در طول لايه اختلاطي، بر خلاف لايه اختلاطي كلاسيك تنها در فاصله اندكي از شروع ناحيه چرخشي و همچنين در محدوده باز اتصال مجدد حاكم مي‌باشد. روند تغييرات ضخامت لايه اختلاطي نشان از وجود رفتار دوگانه در طول ميدان دارد، به نحوي كه از شروع لايه اختلاطي تا فاصله 5/3 برابر طول مانع جانبي به سمت پايين‌دست، ضخامت لايه بصورت غيرخطي رشد كرده و در ادامه ضمن وقوع افزايش شديد در ضخامت لايه، تا محل اتصال مجدد، ضخامت لايه بصورت خطي افزايش مي‌يابد. شكل‌گيري دو ناحيه چرخشي مجزا و اندركنش شديد آنها، عامل اصلي پديده‌هاي هيدروديناميكي مزبور مي‌باشند.

The shallow mixing layer bounding a separation zone is a prominent but poorly understood hydrodynamic feature. To investigate characteristics of the separated shallow mixing layer generated by a single side obstacle, experimental measurements were obtained by means of high resolution surface particle image velocimetry (SPIV). Results indicate that unlike the free shallow mixing layers and also mixing layers bounding a deep circulation zone, the velocity profiles are self-similar just in a short distance downstream of the groyne and also near the reattachment region. Furthermore, growth of the width of the mixing layer with downstream distance shows a two-phase development. The first-phase is exponential until a distance about 3.5L, where L is the abutment length, followed by a second-phase characterized by a linear pattern. The growth rate of the first stage is higher than the second phase.