مدل سازی عددی جریان اطراف پایه پل در بسترهای پیچانرودی

نوع مقاله : مقالات پژوهشی

نویسندگان

چکیده

قرارگیری پایه‌های پل در مسیر جریان، الگوی سه بعدی و پیچیده‌ای از جریان را تولید می کند که باعث فرسایش بستر اطراف آن می گردد. از آنجایی که رودخانه ها دارای مسیر مستقیم نیستند و به صورت پیچانرودی می باشند، ضروری است تا تاثیر تغییر الگوی ایجاد شده در جریان در اثر عبور از قوس بر آبشستگی اطراف پایه های پل بررسی گردد. امروزه با توسعه نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) امکان شبیه سازی الگوی جریان وجود دارد. به همین جهت هدف این پژوهش مدل سازی جریان اطراف پایه‌های پل مستقر در کانال‌های خمیده به صورت سه بعدی است. برای این منظور از کد تجاری Fluent که معادلات جریان را به روش حجم محدود و الگوی مرکزیت سلول حل می‌نماید استفاده شد. برای گسسته سازی معادلات ناویر استوکس از سه مدل آشفتگی εK- ، K-ω و RSM و جهت لحاظ نمودن سطح آزاد از مدل حجم سیال استفاده شد. جهت صحت سنجی نتایج حاصل از مدل سازی عددی از نتایج حاصل از اندازه گیری سرعت جریان توسط سرعت سنج ADV اطراف مدل فیزیکی پایه پل در یک فلوم روباز مارپیچی شامل 5 قوس استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل آشفتگی RSM نسبت به دو مدل دیگر در مدل سازی عددی سرعت جریان و جریان های ثانویه عملکرد بهتری داشته است. مقایسه قدرت جریان های ثانویه در پایین دست پایه حاکی از آن بود که با قرارگیری پایه پل در میانه کانال قوسی شکل جریان های ثانویه به سمت قوس داخلی کانال متمرکز شده و اثر گردابه های برخاستگی تا مقطع 150 درجه از قوس ادامه خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Modeling of Flow around Bridge Piers in Meandering Channel

نویسندگان [English]

  • D. Houshmand
  • K. Esmaili
  • A. Keshavarzi
  • A. Faridhosseini
چکیده [English]

The existence of bridge pier in streamflow causes a complex 3D flow formation, which also causes the scouring around bridge pier. Since rivers are usually curved, it is necessary to investigate the impact of change in flow patterns caused by passage of flow through the curve on the scouring around bridge pier. By developing Computational Fluid Dynamics (CFD), there is a possibility to simulate the flow pattern around the bridge piers. Therefore, the purpose of this research is modeled a 3D flow stream near the bridge piers in a curved channel. For this purpose a fluent model software was employed, and solved by stream equations using finite volume method of centralism. For discretization of Navier Stocks equation, three turbulence models of K-ε, K-ω, and RSM were used. In order to consider free surface, Fluid Volume Method was applied. The numerical model was validated with measured experimental data around the bridge piers in the meandering flume with 5 sequential curve paths. The results showed that the RSM turbulence model performed well compared to the other two models. When comparing the flow of upstream to downstream of bridge piers it can be observed that the placement of bridge piers in the middle of curved shape channel may lead secondary flow towards the inner curve of a channel. Also, the resulted vortex continues with a 150 degree curve.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Meander
  • bridge pier
  • Turbulent models
  • Fluent