مقايسه آزمايشگاهي تغييرات تراز آب، تنش برشي رينولدزي و سرعت جريان برداشت شده با استفاده از ADV و PIV پيرامون پايه‌هاي پل كامل و تخريبي در هنگام تشكيل موج مثبت در كانال‌هاي شيبدار و افقي

Experimental Comparison of Variations in Water Level, Reynolds Shear Stress, and Flow Velocity Collected by Using ADV and PIV Around Undamaged and Damaged Piers During Generation of Positive Surges in Sloped and Horizontal Channels

مقدمه: وجود امواج مثبت مي‌تواند باعث تخريب كناره‌ها، آبشستگي در كف و آسيب به سازه‌هاي موجود در مسير مانند پايه پل‌ها گردد. از سويي ديگر، بقاياي به جا مانده از تخريب پايه پل‌ها و نخاله‌ها در مسير جريان موثر بر تغييرات سرعت‌ و نوسانات سطح جريان ناشي از اين امواج بوده كه نياز به مطالعه دقيق دارد. روش­: در اين پژوهش، به بررسي آزمايشگاهي تاثير وجود پايه‌هاي پل به صورت كامل و تخريبي در تغييرات الگوي جريان به هنگام ايجاد موج مثبت در كانال‌هاي شيبدار و افقي پرداخته شده است. بدين منظور براي برداشت داده‌هاي سه بعدي سرعت جريان از دستگاه سرعت‌سنج ADV استفاده شده است. ضمنا دستگاه سرعت‌سنج PIV نيز در مقايسه با نتايج داده‌هاي ADV مورد استفاده واقع شده است. براي اندازه‌گيري عمق جريان نيز عمق‌سنجي با چهار probe مجزا در كانال افقي و شيبدار به كار رفته است. يافته­ ها: نتايج حاصل، بيانگر تشكيل موج نوساني در كانال افقي و موج نوساني و شكننده در كانال شيبدار مي‌باشد. در كانال شيبدار، بيشينه افزايش سرعت مربوط به استقرار دو پايه بوده كه 34.93 درصد نسبت به همين حالت در كانال افقي افزايش داشته است. ضمن اينكه تغييرات تراز متوسط آب در اثر شيبدار شدن كانال در حالت‌هاي بدون المان، المان تخريبي، كامل و تركيبي به ترتيب برابر با: 31.66، 32.70، 29.88 و 27.40 درصد مي‌باشد. علاوه بر اين، مقادير تنش برشي رينولدزي نيز در كانال شيبدار، 7.6، 3.57، 1.38 و 1.68 برابر كانال افقي محاسبه شده است. نتيجه ­گيري: موج مثبت ايجاد شده در كانال افقي در كل طول كانال از نوع موج نوساني بوده اما در حالتي كه كانال شيبدار مي‌باشد، اين موج نوساني در فاصله 1.5 متري تا رسيدن به ابتداي كانال، به صورت موج شكننده تغيير وضعيت مي‌دهد. به همين دليل تمهيدات لازم براي پيشگيري از خرابي‌هاي احتمالي در كانال‌هاي شيبدار توسط مهندسين هيدروليك بايد در نظر گرفته شود تا آسيب‌هاي احتمالي در اين كانال‌ها به حداقل كاهش يابند.

Introduction: The presence of positive surges can cause bank destruction, bed scouring, and damages to structures such as bridge piers installed on the path. On the other hand, the remains and bridge pier destruction waste on the path affect velocity variations and flow surface fluctuations resulting from these surges and require careful investigations. Methods: This study comprises an experimental analysis of the effect of present damaged and undamaged bridge piers on flow pattern variations during the generation of positive surges in sloped and horizontal channels. To this aim, ADV was utilized to help collect three-dimensional flow velocity data. Moreover, PIV was used to help make a comparison with ADV data results. Four distinct probes were incorporated for bathymetry in the horizontal and the sloped channels. Findings: The obtained results were indicative of non-breaking undular surges generated in the horizontal channel and non-breaking and breaking undular surges formed in the sloped channel. In the sloped channel, the maximum velocity increase occurred with installation of two piers, which showed a 34.39% increase compared to that under the same conditions in the horizontal channel. Furthermore, the average water level variations due to the slope of the channel in cases without an element, with a damaged element, with an undamaged element, and with a combination of damaged and undamaged elements were respectively equal to 31.66, 32.70, 29.88, and 27.40%. In addition, the Reynolds shear stress values were also calculated in the sloped channel to be 7.6, 3.57, 1.38, and 1.68 times those in the horizontal channel.