بررسي اندركنش ميدان متوسط جريان اطراف عرشه پل مستغرق با بستر كانال و سطح آزاد

Studying interactions between mean flow fields around a submerged bridge deck, channel bed and free surface

در حين يك رخداد بحراني در رودخانه‌ها مانند سيل، عرشه پل ممكن است در جريان آب رودخانه غرق شود. استغراق عرشه يك وضعيت بحراني براي پايداري سازه‌اي پل‌هاي رودخانه‌ها محسوب مي‌شود. در مقاله حاضر، ميدان متوسط جريان در اطراف عرشه پل و ضريب نيروي درگ متوسط زماني وارد بر آن با استفاده از نرم افزار FLUENT و بهره‌گيري از سه نوع مدل آشفتگي استاندارد، RNG و Realizable شبيه‌سازي شده است. در اين شبيه‌سازي‌ها اثر تغيير فاصله عرشه از بستر كانال و سطح آزاد آب بر ميدان متوسط جريان مجاور عرشه و ضريب نيروي درگ متوسط زماني وارد بر آن، در شرايطي كه عمق آب در بالادست عرشه ثابت باشد، بررسي شده است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهد كه براي فاصله عرشه از بستر معادل 5/0 برابر ضخامت عرشه كه عرشه در نزديكي بستر كانال واقع شده، مدل‌هاي آشفتگيRNG و Realizable تطابق بيشتري با نتايج آزمايشگاهي دارند. در ساير فواصل عرشه از كف، مدل آشفتگي استاندارد داراي دقت مناسب‌تري مي‌باشد. در شرايطي كه فاصله عرشه از بستر كانال و سطح آزاد زياد است، ميدان متوسط جريان اطراف عرشه متقارن و ضريب نيروي درگ با تغيير اين فاصله، نسبتاً ثابت است. اما با نزديك شدن عرشه به بستر كانال و يا سطح آزاد، وضعيت تقارن ميدان جريان از بين رفته و با تغيير اين فاصله ضريب نيروي درگ تغيير مي كند.

During a critical river flood event, a bridge deck may become partially or completely submerged by the flow. The deck submergence may be a critical situation for structural stability of river bridges. In this paper, the mean flow fields around a submerged bridge deck and the time averaged drag coefficient on it have been simulated by using Fluent software. The turbulence models considered are the standard , renormalization group (RNG) and Realizable . In these simulations for a fixed water depth on a deck, the effect of change of deck distance from the channel bed on the mean flow field around a deck and the time averaged drag coefficient on it, have been investigated. In these simulations, for a water depth constant in the deck upstream, the effect of change of deck distance from the channel bed, and water free surface on the mean flow field around a deck and the time averaged drag coefficient on it have been investigated. For the deck located near the channel bed (the deck distance from the bed equal to 0.5 times the thickness of the deck), Simulation results of RNG and Realizable turbulence models are in better agreement with experimental results. In other distances from the channel bed, standard turbulence model provides better accuracy. If the deck distance from the channel bed and free surface is significant, the mean flow field around the deck is symmetric and drag force coefficient on it is relatively constant. But symmetry situation of the flow field vanishes and the drag force coefficient on the deck changes with reduction of deck distance from the channel bed or free surface.