Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad-Reza Chamani,Abdolreza Kabiri
محمدرضا چمنی (استاد مشاور) عبدالرضا کبیری سامانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Fatemeh Farshi
فاطمه فرشی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Depth-averaged Velocity and Boundary Shear Stress in Channels with the Best Trapezoidal and Rectangular Hydraulic Sections Using Conformal Mapping Method
Boundary shear stress and depth-averaged velocity are the most common characteristics of flow in open channels. Using depth integration for velocity distribution, depth-averaged velocity can be calculated. When water flows in an open channel, a force, called boundary shear stress, arises and starts to erode the boundaries. The problem of detaching the bed and the side-wall shear stresses is very important in almost all studies of open channel flows. For example, to study boundary shear stress and velocity profile, one must divide the bed shear stress from the total shear stress to estimate the bed-load traort in open channel flows. Similarly, to study channel migration or to prevent bank erosion, one must know the side-wall shear stress. Moreover, a side-wall correction procedure is often needed in laboratory flume studies of velocity profiles, bed-form resistance and sediment traort. These parameters are useful in various problems such as water conveyance, erosion, river morphology and Pollutants transitions. So knowledge and accurate estimation of these two parameters are basis to safe design of open cannels. Previous investigations demonstrate that, in the absence of secondary currents, the boundary shear stress acting on the bed must be balanced by the downstream component of the weight of water contained within the bounding orthogonals. An efficient way to study the boundary shear stress distribution in open channel flows is the idea of using conformal mapping method. This idea has not rendered any conclusive results but afterwards, researchers used the idea to estimate isovels and orthogonals. Orthogonals have an important role in open channel flow whose their stream wise velocity gradient is almost zero. Hence, one can call them as "zero shear stress surfaces". In case of uniform flow, the weight component between two orthogonals can be balanced by the shear force between them. Modeling boundary shear stress is more difficult than depth-averaged velocity because of the secondary currents. Secondary circulation is a result resolving flow velocity into longitudinal and transverse components respect to the flow direction in the channel. The transverse component of the velocity generates the secondary circulation. It can occur in both straight and curved channels regarding to different flow aspects. Secondary circulation is affected by temperature gradients, sediment, turbulence, non-uniformity of boundary shear, and the curvature of streamlines.
توزیع تنش برشی جداره و سرعت متوسط عمقی یکی از مهمترین مشخصه های هیدرولیکی درکانال های باز است. این پارامتر ها در مسایل مختلف نظیر انتقال آب, انتقال رسوب، فرسایش و ژئومورفولوژی رودخانه و انتقال آلاینده‌ها کاربرد دارند. از این رو شناخت و پیش بینی این دو پارامتر، گامی مؤثر در جهت طراحی ایمن کانال هاست. شایان ذکر است که مدل کردن توزیع تنش برشی به علت وجود جریان های ثانویه بسیار دشوارتر از بررسی توزیع سرعت و اثرات آن است. در صورت وجود اطلاعات سرعت در سطح مقطع جریان، با جمع سرعت نقاطی که در راستای قایم مشخص (فاصله ی مشخص از مبدأ) قرار گرفته‌‌اند و تقسیم این مجموع بر تعداد نقاط مورد استفاده، سرعت متوسط عمقی در نقطه ای مشخص از عرض مقطع محاسبه می گردد. در این تحقیق، با استفاده از نگاشت همدیسی به تخمین تنش برشی متوسط کف و دیواره در کانال های ذوزنقه ای با جداره ی صاف پرداخته می شود و سپس توزیع تنش برشی و سرعت متوسط عمقی در بهترین مقاطع هیدرولیکی ذوزنقه ای و مستطیلی محاسبه می شود. برای بررسی درستی نتایج تحلیلی از نتایج مدل‌سازی آزمایشگاهی بهره‌گیری شده است. با مقایسه ی نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی می توان دریافت که نتایج این پژوهش از دقت خوبی برخوردار است وبه کاربردن ایده ی انیشتین روی کف باعث به دست آمدن نتیجه های نزدیک به واقعیت می شود. به کاربردن روش این پژوهش باعث طراحی ساده و ایمن مقطع بهینه می شود. شرایط ویژه ی مقطع بهینه ایجاب می کند که متوسط تنش برشی کف و دیواره نیز با یکدیگر برابر باشند و به همین دلیل طراحی کانال در جهت اطمینان و ساده ولی به دلیل به دست آمدن مقدار محافظه کارانه ی تنش برشی دیواره تاحدی غیراقتصادی است. توزیع سرعت متوسط عمقی به دست آمده در این پژوهش به واقعیت نزدیک است و از مقایسه ی آن با اطلاعات آزمایشگاهی می توان نتیجه گرفت که استفاده از ایده ی انیشتین نتیجه ی خوبی برای این توزیع ارایه می دهد. کلمات کلیدی : تنش برشی، سرعت متوسط عمقی، جریان های ثانویه، نگاشت همدیسی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی