راضیه اکبری

تاثیر نیروی لورنتس بر الگوی آب‌شستگی موضعی در اطراف پایه استوانه‌ای

چکیده

آب‌شستگی پدیده‌ای است که دراثر اندرکنش آب و خاک، بستر رودخانه یا سواحل دچار تغییرات می‌شوند. آب‌شستگي يكي از علت‌هاي اصلي تخريب پروژه‌هاي مرتبط با مهندسي رودخانه است. جریان سه‌بعدي سیال در اطراف پايه پل هم‌زمان با انتقال رسوب و تغییر مداوم مرزهای جریان سیال موجب پیچیدگی الگوی آب‌شستگی شده و تحلیل پدیده را به روش‌های عددی و تحلیلی مشکل می‌سازد. از این‌رو اغلب پژوهش‌ها بر منوال تحقیقات تجربی است. تاکنون روش‌های زیادی برای تغییر الگوی جریان سیال و کنترل آب‌شستگی در پایه‌های پل استفاده شده است.

در تحقیق حاضر از روش کنترل فعال، به‌واسطه‌ی نیروی الکترومغناطیس لورنتس در فرآیند آب‌شستگی به‌کارگرفته شده است. مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شد. آزمایش‌ها در کانال با مقطع مستطیل با عرض 31/0 متر، ارتفاع 30/0 مترو طول 7/5 متر انجام شد. از پایه‌ استوانه‌ای از جنس پلی‌اتیلن به قطر 25 میلی‌متر و ارتفاع 300 میلی‌متر استفاده شد. برای جایگذاری عملگرالکترومغناطیس در پایه‌ استوانه‌ای از چیدمان نواری قطعات الکترود مسی و آهنربا با عرض 5 میلی‌متر و طول 150 میلی‌متر استفاده شد. از دو دانه‌بندی با قطر متوسط 2/0 و 3/0 میلی‌متر و چگالی نسبی 77/2 استفاده شد. آزمایش‌های آب‌شستگی در آب زلال در حضور نیروی لورنتس و در دو جهت رو‌به‌بالا و روبه‌پایین در سیال سدیم هیدروکسید با رسانایی 3 زیمنس برمتر و با اعمال ولتاژ ثابت 30 ولت در مدت زمان یک ساعت انجام شد. همچنین آزمایش‌هایی در سیال آب شرب با شرایط مشابه آزمایش‌های آب‌شستگی در سیال سدیم هیدروکسید انجام شد.

به‌کاربردن نیروی لورنتس مماسی بر‌روی پایه‌ استوانه‌ای سبب اعمال شتاب 45/0 متربرمجذور ثانیه به سیال سدیم هیدروکسید شد.در آزمایش آب‌شستگی در سیال سدیم هیدروکسید با تنظیم جهت نیروی لورنتس موافق نيروي ثقل، شتاب افزاینده موجب افزایش سرعت جریان سیال پایین‌رونده و افزایش 10درصدی طول، عرض و عمق بالادست چاله‌ي آب‌شستگی شد. در این حالت، به دلیل انحراف رو‌به‌پایین زاویه جریان سیال جدا شده از پایه، انتقال رسوب در پایین‌دست 15 درصد کاهش یافت. با تنظیم جهت نیروی لورنتس مخالف جهت نيروي ثقل، شتاب کاهنده باعث کاهش سرعت جریان سیال پایین‌رونده کاهش 10 درصدی طول، عرض و عمق بالادست و افزایش 30 درصدی عمق پایین دست چاله‌ي آب‌شستگی را به دنبال داشت. نتايج نشان می‌دهد كه افزایش عمق جریان سیال باعث افزایش کارایی نیروی لورنتس برای تغییر الگوی و کنترل آب‌شستگی است. همچنین نتایج تحقيق حاضر نشان داد كه، عمق چاله‌ي آب‌شستگی در حضور نیروی لورنتس خلاف جهت جریان پایین رونده در سیال سدیم هیدروکسید، از عمق چاله آب‌شستگی در سیال آب شرب به دلیل اثرات لزجت 6 درصد بیشتر است.