عنوان ……………………………………….صفحه

فصل اول: کلیات   

1-1- مقدمه. 2

1-2- ضرورت انجام تحقیق.. 3

1-3- هدف تحقیق.. 4

1-4- مروری بر مطالب سایر فصل‏ها 4

فصل دوم: تئوری تحقیق و مروری بر تحقیقات پیشین

2-1- مقدمه. 7

2-2- جریان در مجاری روباز 7

2-2-1- انواع جریان.. 8

2-2-2- توزیع تنش برشی و سرعت… 10

2-3- الگوی جریان در اطراف پایه پل: 13

2-4- مروری بر تحقیقات گذشته: 16

2-4-1- بررسی اثر غلظت رسوبات با بهره گرفتن از روش تک‏فازی.. 16

2-4-2- بررسی روش‏های دوفازی در شرایط گوناگون.. 17

2-4-2-1- شرایط جریان اطراف پایه استوانه‏ای در حضور چاله آبشستگی.. 17

2-4-2-2- مطالعه جریان برروی شکل و چینش انواع پایه و شمع. 20

عنوان ……………………………………………………صفحه

2-4-2-3- مطالعه برروی جریان در بالادست و پایین دست پایه استوانه‏ای.. 25

2-5- ضعف مطالعات گذشته. 28

فصل سوم: مواد و روش‏ها

3-1- مقدمه. 30

3-2- معادلات حاکم. 31

3-2-1- سیستم‏های مختصات.. 31

3-2-2- روش VOF. 31

3-2-3- روش FAVOR.. 32

3-2-4- رفتار سیال در نزدیکی دیوار 33

3-2-5- معادله بقای جرم یا معادله پیوستگی.. 35

3-2-6- معادلات اندازه حرکت… 35

3-2-7- معادله حجم جریان.. 36

3-3- مدل‏های حل تلاطم. 36

3-3-1- مدل های صفر معادله ای.. 37

3-3-2- مدل‏های یک معادله‏ای.. 37

3-3-3- مدل . 38

. 39

40

. 41

. 43

.. 43

.. 43

. 45

. 51

. 53

عنوان ……………………………..صفحه

. 54

.. 58

.. 61

. 62

. 68

.. 75

.. 75

.. 76

.. 78

.. 78

. 83

.. 86

.. 88

فهرست منابع و مآخذ

چکیده به زبان انگلیسی

– مقدمه

احداث پایه‏های پل در رودخانه‏ها اثراتی مهم و گاه مخرب به همراه دارد که از این میان می‏توان به مواردی چون اعمال نیروی هیدرودینامیکی جریان بر پایه، وقوع آبشستگی موضعی حول پایه و افزایش سطح آب در بالادست پایه (فراآب) اشاره نمود (کریمی‏نیا و صالحی نیشابوری، 1390). به برداشته شدن مواد کف بستر در اطراف پایه‏ها آبشستگی پایه پل گویند. شتاب جریان ناشی از پایه‏های پل باعث ایجاد گرداب‌های نعل اسبی[1] و گرداب‌های دنباله[2] در اطراف پایه‏ها می‏شود. گرداب‌های نعل اسبی که در پایین پایه‏ها به‏ وجود می‏آید اساسی‏ترین نیروی مستقیم را که سبب فرسایش مواد بستر می‏گردد را ایجاد می‏کنند. قرارگیری پایه‏های پل در مسیر جریان باعث ایجاد ساختار افقی جریان می‏گردند (هافمن و ورهیج[3]، 1997). شکل و عمق آبشستگی موضعی اطراف پایه‏های پل در درجه اول به شکل هندسی پایه پل بستگی دارد. الگوی جریان و آبشستگی در اطراف پایه در شکل 1-1 نشان داده‌شده است.

شکل 1-1- مکانیسم آبشستگی پایه پل (هربیچ[4]، 1984)

فرایند آبشستگی در اطراف پایه نسبتاً پیچیده است. این الگوی پیچیده جریان در چاله آبشستگی به تفصیل توسط افراد متعددی مورد بررسی قرار گرفته است که از آن جمله می‏توان به هربیچ (1984)، درگاهی[5] (1987)، بریسرز ورادکیوی[6] (1991) اشاره کرد. جریانهای اصلی ایجاد کننده آبشستگی در اطراف پایه شامل جریان رو به پایین[7] در بالادست پایه، گردابهای نعل اسبی در پایین پایه، جریانهای غلتکی سطحی[8] در بالادست پایه و گردابهای دنباله در پایین دست پایه می‏باشد. جریان پایین رونده در نتیجه مانع شدن بدنه پایه در مقابل جریان می‏باشد که باعث کاهش سرعت جریان در بالادست پایه می‏شود. برخورد جریان پایین رونده به بستر مانند یک جت عمودی عمل می‏کند. برخورد جریان پایین رونده با جریان افقی لایه مرزی در نزدیکی کف، گردابهای نعل اسبی را در پایین پایه بوجود می‏آورد (ریچاردسون و پانچانگ[9]، 1998). بلافاصله در جلوی پایه شیاری ایجاد می‏گردد. دو جریان گردابهای نعل اسبی و دنباله مصالح بستر را از منطقه پایین پایه جابه‏جا می‏کنند. هرچند، با فاصله گرفتن از پایین‏ دست پایه شدت گردابهای دنباله به سرعت کاهش می‏یابند (ریچاردسون و دیویس[10]، 2001). از این رو بلافاصله در پایین دست پایه مصالح بستر رسوب می‏کنند.

1-2- ضرورت انجام تحقیق

با توسعه مدل‏های عددی در حال حاضر نرم‏افزار‏های زیادی در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی[11] (CFD) در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار می‏گیرد. مدل‏های عددی براساس ابعاد واقعی عمل نموده و از شرایط خاص جهت تعیین سرعت جریان آشفته و آبشستگی بستر استفاده می‏ نمایند. نرم‏افزار Flow-3D نرم‏افزاری چند جانبه و سازگار با شرایط پیچیده جریان در مدل‏سازی به صورت دو بعدی و سه بعدی است. این نرم‏افزار توانایی حل معادلات پیوستگی و اندازه حرکت یا معادلات ناویر استوکس را داراست بطوریکه میدان جریان را به صورت حجم کنترل‏های مجزا در نظر می‏گیرد و از معادلات حاکم بر جریان سیال روی هر حجم کنترل انتگرال گرفته می‏شود.

روابط فراوانی برای تخمین عمق آبشستگی موضعی پایه پل‏ها ارائه شده است. اغلب آنها از مطالعات آزمایشگاهی بدست آمده‏اند و تعداد کمی از آنها نیز با بهره گرفتن از اطلاعات میدانی بازبینی شده‏اند. امروزه، علم دینامیک سیالات محاسباتی مهندسین را قادر به بررسی هیدرودینامیک این پدیده نموده است. با توجه به محدودیت‏های مطالعات آزمایشگاهی مانند زمان بر بودن، هزینه بالا و نیاز به امکانات آزمایشگاهی خاص خود و نیز لزوم انجام مطالعات بیشتر برای شناخت کامل‏تر این پدیده، نیاز به استفاده از روش‏های عددی کارآمد و کم هزینه به روشنی احساس می‏شود، از این رو می‏توان شبیه‏سازی عددی را گزینه مناسبی جهت بررسی خصوصیات مختلف جریان دانست؛ بنابراین در این مطالعه با