مدل سازي عددي جريان اطراف پايه پل در بسترهاي پيچانرودي

Numerical Modeling of Flow around Bridge Piers in Meandering Channel

قرارگيري پايه‌هاي پل در مسير جريان، الگوي سه بعدي و پيچيده‌اي از جريان را توليد مي كند كه باعث فرسايش بستر اطراف آن مي گردد. از آنجايي كه رودخانه ها داراي مسير مستقيم نيستند و به صورت پيچانرودي مي باشند، ضروري است تا تاثير تغيير الگوي ايجاد شده در جريان در اثر عبور از قوس بر آبشستگي اطراف پايه هاي پل بررسي گردد. امروزه با توسعه نرم افزارهاي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) امكان شبيه سازي الگوي جريان وجود دارد. به همين جهت هدف اين پژوهش مدل سازي جريان اطراف پايه‌هاي پل مستقر در كانال‌هاي خميده به صورت سه بعدي است. براي اين منظور از كد تجاري Fluent كه معادلات جريان را به روش حجم محدود و الگوي مركزيت سلول حل مي‌نمايد استفاده شد. براي گسسته سازي معادلات ناوير استوكس از سه مدل آشفتگي ?K- ، K-? و RSM و جهت لحاظ نمودن سطح آزاد از مدل حجم سيال استفاده شد. جهت صحت سنجي نتايج حاصل از مدل سازي عددي از نتايج حاصل از اندازه گيري سرعت جريان توسط سرعت سنج ADV اطراف مدل فيزيكي پايه پل در يك فلوم روباز مارپيچي شامل 5 قوس استفاده شد. نتايج نشان داد كه مدل آشفتگي RSM نسبت به دو مدل ديگر در مدل سازي عددي سرعت جريان و جريان هاي ثانويه عملكرد بهتري داشته است. مقايسه قدرت جريان هاي ثانويه در پايين دست پايه حاكي از آن بود كه با قرارگيري پايه پل در ميانه كانال قوسي شكل جريان هاي ثانويه به سمت قوس داخلي كانال متمركز شده و اثر گردابه هاي برخاستگي تا مقطع 150 درجه از قوس ادامه خواهد داشت.

The existence of bridge pier in streamflow causes a complex 3D flow formation, which also causes the scouring around bridge pier. Since rivers are usually curved, it is necessary to investigate the impact of change in flow patterns caused by passage of flow through the curve on the scouring around bridge pier. By developing Computational Fluid Dynamics (CFD), there is a possibility to simulate the flow pattern around the bridge piers. Therefore, the purpose of this research is modeled a 3D flow stream near the bridge piers in a curved channel. For this purpose a fluent model software was employed, and solved by stream equations using finite volume method of centralism. For discretization of Navier Stocks equation, three turbulence models of K-?, K-?, and RSM were used. In order to consider free surface, Fluid Volume Method was applied. The numerical model was validated with measured experimental data around the bridge piers in the meandering flume with 5 sequential curve paths. The results showed that the RSM turbulence model performed well compared to the other two models. When comparing the flow of upstream to downstream of bridge piers it can be observed that the placement of bridge piers in the middle of curved shape channel may lead secondary flow towards the inner curve of a channel. Also, the resulted vortex continues with a 150 degree curve.