بررسی تأثیر فرم بستر بر روی ضریب زبری به کمک تلفیق روش عددی و آزمایشگاهی در جریان‌های غیر ماندگار

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

چکیده

چکیده
مجموعه‌ای از آزمایشات برای بررسی اثر تغییر فرم بستر در آبراهه‌های آبرفتی بر میزان رسوب کف انتقالی در یک کانال آزمایشگاهی با قابلیت شیب‌پذیری و تحت شرایط جریان غیرماندگار انجام شد. هیدروگراف‌های تولیدی از نوع مثلثی و تغییرات دبی حداکثر آن بین 30 تا45 لیتر بر ثانیه بر واحد عرض انتخاب گردید. ذرات از جنس کوارتز با =1.5, 2.1, 3 mm d50 و آب تمیز بدون تغذیه رسوب از بالا دست در نظر گرفته شد. برای تکمیل اطلاعات لازم و تحلیل تغییرات زمانی ضریب مقاومت بستر از یک مدل عددی استفاده شد. خروجی‌های مدل شامل عمق، سرعت و دبی می‌باشند. نتایج نشان داد که جریان ورودی فرسایش قابل توجه‌ای را در ابتدای زمانی جریان و ابتدای مکانی بستر بوجود آورده و سبب تغییر فرم بستر و افزایش زبری و بیشتر شدن مقاومت بستر در برابر جریان می‌گردد. علیرغم افزایش شرایط تلاطمی جریان با نزدیک شدن شدت جریان به مقدار حداکثر و افزایش عمق جریان عدد فرود بتدریج کاهش یافته میزان فرسایش کاهش و روند تغییر فرم بستر کند می‌شود. در این فرآیند بدلیل تغییر تراز بستر در طول آبراهه عدد فرود در هر نقطه از بستر با سایر نقاط متفاوت بوده و ذرات بستر بصورت یک موج پیش رونده به سمت پایین دست حرکت می‌نمایند. روند تغییرات ضریب مقاومت بسترn نیز با گذشت زمان و براساس شرایط فرسایش، ابتدا روند افزایشی داشته سپس کاهش و مجدداً افزایش می‌یابد.

واژه‌های کلیدی: بسترهای متحرک، فرم بستر، ضریب زبری، جریان غیردائمی

عنوان مقاله [English]

The Effect of Bed Form on Roughness Coefficient in Unsteady Flows Using a Combined Numerical and Laboratory Method

نویسندگان [English]

  • K. Esmaili
  • S. M. Kashefipour
  • M. Shafaie Bajestan
چکیده [English]

Abstract
For investigating the effect of bed form in alluvial channels on the amount of bed load transport, a set of experiments was carried out in a tilting flume under unsteady flow conditions (hydrograph). The produced hydrographs were in triangular form with a maximum discharge of 30 to 45 lit/s/m. Three size of sediment particles were used with equal to 1.5, 2.1 and 3.0mm, clear water without any feeding was supplied from upstream. To analyze the time varying of bed resistance, a numerical model with initial and boundary conditions was used and its outputs were depth, velocity and discharge. The results showed that the inflow made considerable erosion at the starting time of flowing near the channel inlet, and this is a cause of producing bed form, increasing roughness and bed resistance. However, by the time the erosion trend was declined with increasing discharge. Despite of increasing flow turbulence, Froude number and bed erosion decreased gradually when the discharge approaching to its maximum value increasing flow depth. In this process, because of bed elevation changing along the flume, Froude number at any point is different from the other points and bed particles move toward downstream as a progressive wave. The bed resistance coefficient, n, was increased at the start of inflow time and after a proper time it was again increased, and this matter has very important role in sediment transport for non cohesive beds.

Key words: Movable bed, Bed form, Coefficient roughness, Unsteady flow