بررسي آزمايشگاهي و عددي آب‌شستگي اطراف گروه پايه كج با حضور شمع حفاظتي و طوق

Experimental and numerical investigation of scour around inclined pier group with sacrificial pile and collar

آب‌شستگي ساليان طولاني در علم هيدروليك مورد مطالعه بوده است، با توجه به شرايط و پيچيدگي­‌هاي آن، همچنان مورد توجه محققين علم هيدروليك قرار گرفته است. سازه­‌هاي هيدروليكي كه به صورت مانعي در برابر جريان آب قرار دارند الگوي جريان در نزديكي خود را تغيير داده و به صورت موضعي باعث آب‌شستگي در اطراف سازه مي­‌شوند. روش‌­هاي مختلفي براي كاهش آب‌شستگي موضعي اطراف پايه­‌ها بيان شده است. در اين تحقيق براي كاهش آب‌شستگي موضعي اطراف سه پايه­ از گروه پايه كج به همراه شمع حفاظتي و طوق استفاده شده است. نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه با قرارگيري شمع حفاظتي در جلوي گروه پايه كج، تأثير زاويه كج­شدگي پايه در كاهش آب‌شستگي كمتر است به‌­طوري­‌كه اختلاف درصد كاهش آب‌شستگي براي پايه كج اول و كج دوم بين زاويه 5 و 15 درجه صفر بوده و براي پايه قائم 1/4درصد كاهش داشته است. استفاده از سه طوق به قطر b4 در گروه پايه با فاصله بين پايه­‌هاي b4 و وجود شمع حفاظتي در جلوي پايه كج اول به فاصله b3 نسبت به فاصله b2 به ترتيب كاهش 12/86، 21/85 و 12 درصدي عمق آب‌شستگي در جلوي پايه­‌ها را نشان مي‌­دهد. نتايج مدل عددي نشان مي‌دهد كه استفاده از گروه پايه كج با فاصله بين پايه‌­هاي b3 و با حضور شمع حفاظتي به فاصله b2 از پايه اول نسبت به فاصله­‌هاي b و b3 شدت تلاطم از مقدار 0/089 به مقدار 0/11 رسيده است.

The scour has been studied in hydraulic science for many years; due to its complexity, it has been the attention of hydraulic scientists. Hydraulic structures are situated as an obstacle in front of water flow that changed the flow pattern in their vicinity and causing the local scour around the structure. There are various methods to reduce local scour around the pier. In this research, sacrificial pile and collar were used to reduce the local scour around the inclined pier group. The results show that using the sacrificial pile in front of the inclined pier group, the effect of the inclined pier angle on the reduction of the scour is lower. So the difference between the percentage of scour reduction for the first and second inclined piers with the angle of 5 and 15 degrees is zero and in vertical pier is 1.4%. The use of three collars with a diameter of 4b in pier group with the distance of 4b between piers and presence of sacrificial pile in front of the first inclined pier in the distance of 3b compared to 2b show a greater scour depth reduction in front of the piers. In the numerical model, the use of an inclined pier group with the distance of 3b between piers and sacrificial pile with the distance of 2b shows lower turbulence intensity compared to distances of b and 3b.