مطالعه اي بر روش هاي شناسايي ساختارهاي منسجم در جريان كانال روباز با بستر غير صاف (نقدي بر آناليز كوآدرانت)

ساختارهاي منسجم در جريان هاي لايه مرزي موجب انتقال مومنتم هاي جريان و توليد انرژي آشفتگي مي شوند. در شرايط توسعه يافتگي كامل جريان و در بالاي زير لايه لزج، ساختارهاي منسجمي مانند پديده هاي جهش و جاروب و نيز گردابه هاي سنجاقي تشكيل مي شوند. به منظور شناسايي اين ساختارهاي آشفته روش هاي گوناگوني مانند آناليز كوآدرانت و بررسي مقادير لحظه اي سرعت سيال مورد استفاده قرار مي گيرند. در مطالعه حاضر به بررسي دقت و كارايي اين روش ها در جريان سطح آزاد روي بستر غير صاف پرداخته مي شود. بدين منظور ميدان جريان در يك بستر شني به روش سرعت سنجي تصويري ذرات اندازه گيري شده است. بررسي نتايج مطالعه حاضر نشان مي دهد كه با وجود قابليت هر دو روش در تشخيص و شناسايي ساختارهاي جهش و جاروب در نقاط با فاصله اندك از بستر، نتايج حاصله در نزديكي و در بين المان هاي زبر بستر با يكديگر متفاوت مي باشند. اين واقعيت از آنجا ناشي مي شود كه از نقطه نظر مفهومي به علت غيرصفر بودن مولفه قائم متوسط سرعت و نيز ماهيت سه بعدي جريان در شرايط بستر غير صاف، استفاده از روش كوآدرانت صحيح به نظر نمي رسد. برهمين اساس پيشنهاد مي شود كه در شرايط بستر غير صاف براي تشخيص ساختارهاي جهش و جاروب از روش بررسي مقادير لحظه اي سرعت جريان و يا روش بهبود يافته آناليز كوآدرانت استفاده شد.

Coherent structures in wall turbulence boundary layer transport momentum and provide a means of producing turbulent kinetic energy. In fully developed flow and above viscous sub-layer, different coherent structures such as ejection and sweep and hairpin vortex can be formed which can be detected by various detection methods such as quadrant analysis and analysis of instantaneous velocity values. In the present study, we aim to explore the accuracy and efficiency of these methods in non-smooth bed free surface flows. To this end, laboratory measurements of flow field above a gravel bed were carried out using particle image velocimetry. Despite the fact that the results of both techniques above roughness elements are in agreement, it was not possible to see any coherency between the results of these techniques just between roughness elements. Such incoherency can be resulted by non-zero mean vertical velocity and three-dimensional nature of flow in non-smooth bed condition which makes application of quadrant analysis in this type of flow challenging. Therefore, using analysis of instantaneous velocity values or modified quadrant analysis can be suggested for correct estimation of sweep and ejection.