شبیه‌سازی سه‌بعدی پدیدۀ رهایی متناوب گردابه‌ها و انتقال رسوب بستر حول موانع در معرض جریان با استفاده از Flow3D

Abstract

پل­ها یکی از مهم­ترین سازه­های هیدرولیکی ارتباطی به شمار می­روند. برخورد جریان به پایۀ پل‌ها فرسایش اطراف پایه و آسیب‌دیدگی آن را به دنبال دارد. ازاین‌رو یکی از مباحث مهم در زمینۀ ایمنی پل­ها، کنترل فرسایش بستر اطراف پایه­ها است. تاکنون مدل­های فیزیکی مختلفی در آزمایشگاه برای بررسی رفتار جریان و فرسایش بستر پیرامون آن ساخته شده­اند که صرف­نظر از هزینه و زمان­بر بودن آزمایش­ها، مشکلات ناشی از تغییرات مقیاس را نیز به همراه داشته­اند. امروزه با استفاده از کدهای دینامیک سیّالات محاسباتی کارآمدّتر، رفتار هیدرودینامیکی سیّالات به­طور گسترده­تری بررسی می­شود. در این تحقیق برای این منظور از نرم‌افزار Flow3D استفاده شده است. این پژوهش به شبیه­سازی جریان اطراف مدل پایه­های پل مختلف پرداخته و الگوی جریان و فرسایش بستر را بررسی می‌نماید. با توجّه به حساسیت مدل­های عددی به تعداد سلول­های شبکه در میدان محاسباتی، صحّت­سنجی تعداد مختلف شبکه، با مقایسه نیمرخ‌های سرعت انجام یافته است. سه مدل آشفتگی مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته و پس از بررسی نیمرخ­های سطح آزاد آب، الگوی جریان اطراف پایه و عدد استروهال، شبیه­سازی جریان با مدل آشفتگی LESانجام گردیده است. تعداد 15 مدل نیز برای ارزیابی دو پارامتر مهم عامل آب‌شستگی، جدایش جریان و جریان رو به پایین، انتخاب شده­اند. ابزارهای انتخابی در این راستا، سکو، مقطع هندسی پایه و شکاف می­باشند. نتایج نشان داد در اغلب موارد استفاده از یک ابزار کنترل آب‌شستگی بهتر از ترکیب ابزارهای مختلف عمل می­کند با به‌کارگیری شکل عدسی به‌عنوان مقطع هندسی پایه، عمق آب‌شستگی تا 58 درصد کاهش و با مدل ترکیبی مقطع مستطیلی گردگوشه، سکو و شکاف بیشینۀ عمق فرسایش یافته تا 50 درصد کاهش نشان داد. نتایج به‌دست‌آمده بیانگر آن است که کنترل جدایش جریان و پدیدۀ شکست گردابه به­مراتب بیش از کنترل جریان رو به پایین در کاهش فرسایش بستر مؤثر است.