مطالعه آزمايشگاهي الگوي جريان سه‌بعدي در اطراف آبشكن T شكل مستغرق، عمودي و مستقر در قوس 90 درجه با بستر تعادل يافته

Experimental Study of 3-D Flow Pattern around T-shaped Submerged and Deflecting Spur Dike in 90 Degree Bend with Equilibrium Bed

در اين مقاله به مطالعه آزمايشگاهي الگوي جريان در اطراف آبشكن T شكل مستغرق، عمودي و مستقر در زاويه 45 درجه از قوس 90 درجه پرداخته شده است. آزمايش‌ها در قوس ملايمي با نسبت شعاع به عرض كانال برابر 4 انجام شده است. در اندازه‌گيري سرعت‌هاي سه‌بعدي و توپوگرافي بستر به‌ترتيب از دستگاهVectrino+ و Point gage استفاده شد. به اين منظور، نخست آزمايش آب‌شستگي انجام و توپوگرافي بستر در كل قوس ثبت و پس از تثبيت بستر، سرعت‌هاي سه‌بعدي اندازه‌گيري شدند. ميدان جريان در مقاطع عرضي و پلان‌هاي افقي مختلف ترسيم و الگوي جريان در طول قوس مطالعه شد. نتايج بيانگر وجود جريان ثانويه اصلي ساعتگرد و يك جريان ثانويه دوم با جهتي مخالف جريان ثانويه اصلي و در نزديكي ساحل خارجي و در سطح آب در مقاطع ابتدايي (در مقطع 25 درجه به‌طور كامل) و انتهايي قوس(پس از پايان تاثير آبشكن بر الگوي جريان) است. حضور آبشكن و تغيير توپوگرافي بستر باعث برهم زدن اين الگوي جريان ثانويه در مقاطع اطراف آبشكن مي‌شود. آزمايش‌ها بيانگر وجود يك صفحه جدايي در بالادست آبشكن و در تراز 3/0 ارتفاع جريان است. در محل اين صفحه جدايي دو گردابه پادساعتگرد يكي به سمت سطح آب و ديگري به سمت بستر، مشاهده مي‌شود كه اين گردابه با ايجاد نوسان فشار در لبه بال بالادست آبشكن عامل اصلي آب‌شستگي است. همچنين يك گردابه پادساعتگرد به طول 5/2 برابر طول آبشكن در پايين‌دست آبشكن ديده مي‌شود. تحليل نتايج آب‌شستگي و الگوي جريان در مقاطع عرضي، طولي و پلان‌هاي مختلف در اين مقاله انجام شده است.

A study was carried out on the flow pattern around T-shaped submerged and deflecting spur dike located in 45 degree of 90 degree bend. Experiments were carried out in gentle bend with radius to width ratio of 4. To measure 3-D velocity and bed topography, Vectrino+ and point gage devices were used, respectively. First scour experiment was done and bed topography along overall bend was measured and after bed stabilization 3-D velocity was measured. Results indicated the presence of a secondary main clockwise flow and another secondary flow with opposite direction near the outer bank and surface water in first cross section (completely formed in cross section of 25o) and end bend (after end of spur dike influence on flow pattern). Presence of spur dike and change of bed topography leads to the change in secondary flow pattern in the cross section around spur dike. Observations indicated the presence of a separation interface in upstream spur dike and 0.3 depth flow level. In this separation interface two counterclockwise vortices were observed. These vortices are the main scour agent through creation of pressure fluctuations at the upstream wing edge of spur dike. Besides, a counterclockwise vortex with length as long as 2.5 times length of spur dike was observed downstream of spur dike. Analysis of results relevant to scour and flow pattern in cross and longitudinal sections, and different plans are among other points introduced in this paper.