بررسي عددي تاثير موقعيت اتصال كانال فرعي بر الگوي جريان در قوس رودخانه

Numerical investigating of the effect of lateral channel junction position on flow pattern at river bend

سابقه و هدف: رودخانه ها به ندرت داراي مسير مستقيم مي باشد و همواره در يك الگوي سينوسي مسير خود را طي مي‌كنند. اتصال رودخانه فرعي به رودخانه اصلي در محل قوس، الگوي متعارف جريان در قوس رودخانه را كاملاً به هم مي‌ريزد. الگوي به وجود آمده نه تنها تحت‌تاثير نيرو‌هاي گريز از مركز و گراديان‌هاي طولي و عرضي فشار قرار دارد بلكه متاثر از مومنتم جريان كانال فرعي نيز مي‌باشد. شناخت دقيق چنين پديده‌اي نيار به مطالعات وسيعي دارد. مواد و روش‌ها: از اين‌رو در اين پژوهش اثر موقعيت اتصال كانال فرعي با زاويه اتصال90 درجه به قوس با استفاده از نرم‌افزار SSIIM1مطالعه شد و تاثير سه موقعيت 45، 90 و 135 درجه از ابتداي قوس، بر پروفيل قايم سرعت طولي جريان، تغييرات عمق آب در كانال اصلي، توزيع تنش برشي بستر و قدرت جريان ثانويه بررسي شد. يافته‌ها: نتايج اين پژوهش نشان داد در ساحل مجاور كانال فرعي افزايش موقعيت اتصال از 45 درجه به 135 درجه مقدار سرعت طولي حداكثر 56 درصد افزايش و در ساحل مقابل حداكثر 8 درصد كاهش مي‌يابد. نتيجه‌گيري: در قوس خارجي حداكثر اختلاف رقوم سطح آب بالادست و پايين‌دست تلاقي در موقعيت اتصال 45 درجه مشاهده شد كه حدود 15/6 درصد عمق پاياب كانال است. براي موقعيت اتصال 135 درجه اين اختلاف به حدود 4/5 درصد عمق پاياب تقليل مي‌يابد. علاوه بر اين نتايج نشان داد با افزايش موقعيت اتصال از 45 به 135 درجه حداكثر تنش برشي بستر در محل اتصال در حدود 8 درصد كاهش يافته است.

Background and Objectives: Rivers run in a sinus curve pattern usually and have a direct pathway rarely. Joining lateral channel to main channel at a bend location changes completely the conventional flow pattern at river bend. Recent flow pattern not only is affected by centrifugal force and stream and spin wise pressure gradient but also by momentum of lateral channel flow. Exact recognizing of this phenomenon needs extended studies. Materials and Methods: In this study using SSIIM1 model the effect of three position of straight lateral channel that is connected to a U bend at 45, 90 and 135 degree from the start of bend with a 90 degree confluence angle on flow velocity, variation of water surface elevation, shear stress distribution and helical flow strength was considered. Results: The results indicated by increasing the junction position from 45 to 135 degree from the bend start, stream wise flow velocity near the outer wall of the bend increases maximum %56 while near the inner wall of the bend decreases %8. Conclusion: Maximum difference between the upstream and downstream flow depth around confluence area at 45 degree position was equal to %6.15 of tailwater depth. For position of 135 degree from the bend start this difference was about %5.4 of tailwater depth. Additionally the results indicated shear stress at confluence area increases %8 when the position of junction angle change from 45 to 135 from start of bend.