بررسي پديدة انفجارآشفتگي اطراف آبشكن مستغرق در خم كانال

Near Bed Turbulent Bursting Process Analysis around a Spur Dike in a Channel Bend

در تحقیق حاضر بررسی میدان جریان در نزدیك بستر اطراف آبشكن مستغرق قرار گرفته در قوس انجام شد. برای این منظور میدان جریان اطراف آبشكن‌های مستغرق با استفاده از دستگاه ADV اندازه‌گیری و بحث و بررسی در مورد پدیدۀ انفجار آشفتگی در نزدیك بستر انجام شد. برای تحلیل دقیق میدان جریان نزدیك بستر از پارامترهای مختلف آماری و آشفتگی از جمله سرعت میانگین جریان، احتمال ایجاد پدیده‌های چهارگانه، زاویۀ اعمال پدیده‌های چهارگانه، میزان پایداری و تبدیل پدیده‌ها به یكدیگر، تنش‌های رینولدز و شار انرژی آشفتگی استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد كه ارتباطی بین میدان جریان و فرایند آبشستگی كه توسط تحقیقات پیشین ارایه شده است، وجود دارد. شار انرژی آشفتگی، تخمین تنش‌های برشی وارد بر بستر، احتمال ایجاد پدیده‌ها و زوایای اعمال پدیده‌ها می‌توانند برای شناسایی نقاط مستعد آبشستگی استفاده شوند. تشكیل جریان‌های برگشتی در بالادست و پایین‌دست آبشكن موجب تقویت پدیده‌های اندركنشی در این نواحی شده، در حالی كه پدیده‌های بیرون رانی و جاروبی در ناحیۀ خارج از جریان‌های برگشتی سهم بیشتری داشته و در محدودۀ لایۀ برشی تشكیل شده در اطراف آبشكن قدرت بیشتری دارند. مقایسۀ بین فرایند انتقال رسوبات در اطراف آبشكن مستغرق با درصد استغراق كم و زیاد نشان داد كه قدرت بیشتر تنش‌های برشی وارد بر بستر یكی از عوامل انتقال رسوبات از ناحیۀ نوك بالادست آبشكن با درصد استغراق كم می‌باشد، در حالی كه در آبشكن با درصد استغراق زیاد افزایش تنش برشی وارد بر بستر در پایین‌دست آبشكن و در ناحیۀ برگشتی جریان، به‌دلیل ریزش جریان از تاج آبشكن موجب آبشستگی و حمل رسوبات توسط جریان برگشتی در این منطقه به سمت جان آبشكن و ته نشینی می‌شود. تفاوت موجود بین حداكثر مقادیر تنش‌های برشی وارد بر بستر بین آبشكن با درصد استغراق زیاد و كم و نیز بیشتر بودن شار انرژی آشفتگی در آبشكن با درصد استغراق كم در این نواحی می‌تواند قدرت بیشتر جریان برای آبشستگی در اطراف آبشكن با درصد استغراق كم و بزرگتر بودن حفرۀ آبشستگی در اطراف این نوع آبشكن را توجیه كند.          

In this paper the near bed turbulence bursting process around a spur dike is investigated. For this purpose the flow field around the spur dike was measured using ADV apparatus and the analysis of the turbulence bursting process was done by using the data. Different parameters such as mean velocities, probability of each events and angle of sweep and ejection event, stability of events, Reynolds shear stress and turbulent energy flux were used to analyze the events. Results of this paper confirm that there is strong relation between scour process and near bed flow field. The latter parameters can be used to find the region with scour potential.  The upstream and downstream reverse flows make strong interaction events but the sweep and ejection events are dominant in the outer region of the reverse flow and in shear flow region and they have the maximum strength. Comparison between the sediment transport process around the spur dike with low and high submergence showed that near the upstream nose of the low submergence spur dike, the Reynolds shear stress is one of the sediment transport doer. However, in high submergence spur dike the maximum value of bed shear stress occurs in the downstream region of the spur dike where the overflow plunges to the bed surface. The differences between the maximum bed shear stress of the low and high degree of submergence of spur dike is one of the reasons for larger scour hole around the low submergence conditions as compared to the high submergence condition. In addition, larger values of the turbulent kinetic energy flux in low submergence condition is another reason.