Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein AfzaliMehr,Artemis Motamedi
حسین افضلی مهر (استاد راهنما) آرتمیس معتمدی (استاد مشاور)
 
STUDENT
FARAHNAZ NASIRI
فرحناز نصیری خوزانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation of Flow Conditions in Free Gravel-Bed Streams in Presence of Local and Cluster Cobbles
Most of the rivers in mountainous regions have cobble bed. The dynamic nature of rivers in coarse beds including changing in slop, cross section, and depth of rivers in different points make the study of them very complicated. The Turbulence structure and presence of non-uniform and unsteady flows make this object more complicated. In channel with coarse bed, sediment occupies noticeable proportion of flow depth that leads to a large resistance against the flow and affects the vertical velocity profiles. In this study, Turbulent flow characteristics in presence cobbles (isolated and cluster in path of flow) and its interaction with gravel bed including velocity profiles and location of maximum velocity, inner and outer boundary layer region, Reynolds stress distribution, turbulence intensity, and turbulent kinetic energy were studied. This experiment was conducted at Laboratory of Agriculture Faculty of Isfahan University of Technology in a 16 m long, 0.9 m wide, and 60 cm height flume with maximum discharge of 40 l/s and also in Plasjan river. Laboratory experiment was carried out in 2 series: - presentence of cobble on gravel bed with slop of -1/5% in different distances from wall and entrance flume - Cobble cluster among of gravel bed with -1.5% slop. the median sizes of grains in the flume in two series and river were 88 mm, 31 mm, and 25 mm respectively. Velocity profiles were taken in the reach that flow was fully developed. The measurement in flume and river were carried out by Adv. Results show that velocity profiles in cobble-bed in contrast to river condition have not been affected by aspect ratdo such as Dip. Velocity profiles in laboratory condition were divided into two sub-zones, that depend on distances from wall, position to cobbles, slop of near bed zone, and depths is located at the boundary between two area have different trends. Stream-wise turbulence central axis on cluster and leading edge have concave form, but before and after from cluster have convex form. While, vertical turbulence central axis on cluster, before and after from cluster have convex form. In addition, cobble in bed noticeably affects turbulence structure by increasing vorticity and turbulence near cobbles and makes changing in procedure and value turbulent flow characteristic. Vorticity, turbulence intensity component, kinetic energy values increased. The results of quadrant analysis show that ejection, the dominant event, was influenced by cobble height in cluster and isolated cobbles and it is reduced near the bed. After removing the effect of these height dominance again finds and participation shares for quadrant 1 and 3 are smaller than contribution sweep and ejection. Keywords: Gravel bed, cobble, turbulence flow, velocity distribution, quadrant analysis
اکثر رودخانه های مناطق کوهستانی دارای بستر قلوه سنگی می باشند. طبیعت دینامیک رودخانه ها در بستر های درشت دانه از جمله تغییر در شیب، مقطع عرضی و عمق رودخانه ها در نقاط مختلف، مطالعه آن ها را به شدت پیچیده می کند. در این میان آشفتگی جریان و حضور جریان های غیریکنواخت و غیر دائمی این موضوع را پیچیده تر می کند. در کانال های با بستر درشت دانه رسوبات نسبت قابل توجهی از عمق جریان را اشغال می کنند؛ که این امر منجر به ایجاد مقاومت زیادی در برابر جریان شده و بر نیمرخ های عمودی سرعت تأثیر می گذارد. در این تحقیق ویژگی های جریان آشفته در حضور قلوه سنگ ها (به صورت مجزا و توده ای در مسیر جریان) و تعامل آن با بستر شنی، از جمله نیمرخ های سرعت و محل وقوع حداکثر مقدار سرعت، ناحیه داخلی و خارجی لایه مرزی، توزیع شدت های آشفتگی و تنش برشی رینولدز، جریان های ثانویه و انرژی جنبشی مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور آزمایش های این تحقیق در دو قسمت صحرایی و آزمایشگاهی انجام شد. مطالعات آزمایشگاهی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان در کانالی به طول 16متر، عرض 90 سانتی متر با دبی حداکثر 40 لیتر در ثانیه انجام گردید. از سوی دیگر مطالعات صحرایی بر رودخانه پلاس جان واقع در استان اصفهان (ناحیه چادگان) صورت گرفت. آزمایش ها در دو سری انجام شد، در سری اول قلوه سنگ ها در فاصله های طولی و عرضی معینی روی بستر شنی با شیب %5/1-، و در سری دوم قلوه سنگ ها به صورت توده ای در میان بستر شنی با شیب %5/1- قرار داده شدند. قطر متوسط قلوه سنگ ها در سری اول آزمایشگاهی، سری دوم و رودخانه به ترتیب برابر با 88، 31 و 25 میلی متر بودند. مقاطع اندازه گیری به گونه ای انتخاب شدند که در آن ها جریان کاملاً توسعه یافته برقرار بوده است. اندازه گیری ها در فواصل مختلف از جدار (فواصل مختلف عرضی) و فواصل مختلف از ورودی کانال (فواصل مختلف طولی)، توسط دستگاه ADV انجام گرفت. نتایج نشان داد که الگوی توزیع ویژگی های آشفته در عمق های نسبی مختلف دستخوش تغییر می گردد، به این صورت که نیمرخ سرعت بر روی بستر قلوه سنگی در شرایط آزمایشگاهی بر خلاف شرایط صحرایی تحت تأثیر نسبت شناوری شامل Dip نمی شود. در شرایط آزمایشگاهی نیمرخ سرعت دارای دو ناحیه بوده که بسته به فاصله از جدار و موقعیت قرارگیری نسبت به قلوه سنگ ها، شیب ناحیه نزدیک به بستر و مرز بین دو ناحیه روند های مختلفی دارند. آشفتگی در راستای طولی محور مرکزی، بر روی توده و لبه حمله فرم مقعر، ولی قبل و بعد از توده تحت تأثیر ارتفاع قلوه سنگ فرم محدب دارد. این درحالی است که آشفتگی محور مرکزی بر روی توده، قبل و بعد از آن در راستای قائم محدب است. علاوه بر این قلوه سنگ موجود در بستر با تشدید جریان های ثانویه و افزایش آشفتگی در فواصل نزدیک به قلوه سنگ، به صورت قابل توجهی بر ساختار جریان آشفته تأثیر گذاشته و باعث تغییر در روند و مقدار پارامتر های جریان آشفته می شود. این تغییر به گونه ای است که مقادیر جریان های ثانویه، شدت های آشفته و انرژی جنبشی افزایش یافته است. نتایج حاصل از آنالیز کوادرانت نشان می دهد که اثر پدیده جرقه در بستر تحت تأثیر ارتفاع قلوه سنگ های مجزا و یا توده قلوه سنگی، در نزدیکی بستر کاهش می یابد. در مقابل پس از رفع اثر این ارتفاع این پدیده غالب بوده و همواره سهم مشارکت ربع 1 و 3 کوچکتر از سهم مشارکت جاروب و جرقه اند. واژه های کلیدی: بستر شنی، قلوه سنگ، جریان آشفته، توزیع سرعت، آنالیز کوادرانت

ارتقاء امنیت وب با وف بومی