مطالعه عددي اثر اندركنش پايه پل و تكيه گاه مستطيلي بر خصوصيات جريان

Numerical study of the effect of interaction of bridge pier and rectangular abutment on flow characteristics

يكي از مسائل مهم در طراحي پل ها، بررسي اثر مجاورت تكيه گاه و پايه پل بر خصوصيات جريان پيرامون آنها است. در تحقيق حاضر از نرم افزار Flow-3D براي مدل سازي عددي در يك كانال مستطيلي شامل يك تكيه گاه مستطيلي در دو وضعيت حضور تك پايه و جفت پايه استوانه اي استفاده شده است. جهت صحت سنجي اﯾﻦ ﭘﮋوﻫﺶ، ﻣوﻟﻔﻪﻫﺎي ﺳﻪ ﺑﻌﺪي ﺳﺮﻋﺖ ﺟﺮﯾﺎن ﭘﯿﺮاﻣﻮن ﺗﮑﯿﻪﮔﺎه و پايه پل از نتايج دو آزمايش معتبر استخراج شد. پس از مقايسه بين مقادير اندازه گيري شده و عددي، مدل RNG براي تكيه گاه و پايه پل به ترتيب با داشتن ضريب تعيين (0/9634 = R2) و (0/8707 = R2) نسبت به دو مدل آشفتگي K-e و Les از عملكرد بهتري برخوردار بود. برخي خصوصيات جريان، شامل انرژي آشفتگي و تنش برشي بستر بررسي شدند. افزايش انرژي آشفتگي جريان نسبت به مدل شاهد در هر دو مدل شامل تكيه گاه مستطيلي در مجاورت تك پايه و جفت پايه، يكسان و 3 برابر به دست آمد. همچنين افزايش پارامتر تنش برشي بستر نسبت به مدل شاهد در مدل شامل تكيه گاه مستطيلي در مجاورت تك پايه بيشينه و 4 برابر برآورد شد. بررسي پارامتر فاصله بين دو سازه تكيه گاه مستطيلي و پايه پل با لحاظ مدل شاهد و نتيجه كارهاي قبلي محققين نشان داد كه فاصله نزديك از ايمني خوبي برخوردار است.

One of the important issues in bridge design is investigating the influence of vicinity of bridge abutment and pier on flow characteristics around it. In the present research، Flow-3D software was used for numerical modeling of a rectangular abutment in a rectangular channel in two situations (presence of one cylindrical pier and two cylindrical piers). For validation of the modeling results، three-dimensional components of flow velocity around the bridge abutment and piers were obtained from two sets of valid experimental data. After comparison of the experimental data and numerical results، it was found that RNG model for abutment and bridge piers (with coefficient of determination (R2) of 0.963 and 0.871، respectively) had better performance with respect to K-ε and LES turbulence models. Some of the flow characteristics such as turbulence energy and bed shear stress were investigated، too. The flow turbulence-energy of both models (rectangular abutment in the vicinity of single-pier and double-pier) was equal to and three times of the control model، respectively. Also، bed shear-stress of rectangular abutment in the vicinity of single cylindrical-pier was maximum and four times that of the control model. Investigation of the distance between rectangular abutment and bridge pier، considering the control model and other research results، indicated that closer distances are safer.