سعید کامرانی راد

شبیه ­سازی عددی توسعه‌ي زمانی الگوی آب‎شستگي موضعی اطراف پایه ی استوانه ­ای ­شکل در شرایط آب زلال

چکیده

در سال­ های گذشته، تحقیق­ های زیادی در رابطه با عمق تعادل آب شستگی پایه انجام شده است. عمق تعادل آب‎شستگي پایه حداکثر عمقی است که در شرایط جریان و رسوب در اطراف پایه رخ می­ دهد. این درحالی است که مطالعه­ ی سیلاب­ های مختلف محققین را به این نتیجه رسانده است که زمان عبور یک سیلاب کوتاه­تر از آن است که عمق آب‎شستگي به عمق تعادل برسد. از این‌رو نگرش جدید در مطالعه ­ی پدیده­ی آب‎شستگي، مطالعه ی توسعه­ی زمانی عمق آب‎شستگي است. مطالعه­ ی توسعه­ ی الگوی آب‎شستگي نیز برای ارزیابی میزان خسارت، تعمیر و نگه­داری سازه ­ها در مقابل آب‎شستگي اهمیت زیادی دارد و در مطالعات کمتر به آن توجه شده است. از این جهت و باتوجه به پیشرفت­هایی که در زمینه­ی توان محاسباتی رایانه ­ها صورت گرفته است، در این مطالعه توسعه­ ی زمانی الگوی آب‎شستگي در بستر شنی و ماسه­ای اطراف پایه­ ی استوانه ­ای با قطر ثابت 2/0 متر شبیه­ سازی عددی شده است. برای این منظور از کد عددی سیم 1 بهره گرفته شده است. نتایج این شبیه ­سازی عددی با نتایج دو تحقیق آزمایشگاهی توسعه­ ی زمانی الگوی آب‎شستگي در بستر شنی و ماسه­ای مقایسه شد. در این دو تحقیق آزمایشگاهی نتایج به­ صورت توپوگرافی بستر در زمان­های مختلف و پروفیل­ های بستر در زوایای مختلف در اطراف پایه ارائه شده است. برای استفاده از کد عددی سیم 1 ابتدا این نرم­ افزار توسط مدل آزمایشگاهی آب‎شستگي در تنگ­شدگی صحت­ سنجی شد.

نتایج تحقیق نشان داد که کد عددی سیم 1 قابلیت خوبی در محاسبه­ ی میزان آب‎شستگي در بالادست پایه با بستر شنی و ماسه­ ای دارد. میزان خطا در پایین ­دست پایه در هر دو بستر شنی و ماسه­ ای به مراتب بیشتر از بالا­دست پایه است. میدان جریان حاصل از شبیه­ سازی عددی به دلیل ماهیت معادلات رنس و گام زمانی حل عددی در مطالعه­ی حاضر، ساختار­های لحظه­ ای جریان را برداشت نکرده است. این موضوع تأثیر زیادی بر الگو و عمق آب‎شستگي در پایین­ دست پایه در هر دو شبیه ­سازی نشان می­ دهد. الگو و عمق آب‎شستگي در پایین­ دست پایه در بستر شنی در زوایای­ 90 تا 135 درجه متفاوت از مدل آزمایشگاهی برآورد شده است. وسعت چاله ­ی آب­شستگی در پایین­ دست پایه در بستر ماسه­ای در شبیه ­سازی عددی متفاوت از مدل آزمایشگاهی بر­آورد شده است. به ­نظر می­رسد که کد عددی سیم 1 که در آن از معادلات رنس استفاده می­شود، ساختار­های ناپایدار جریان را در پایین­ دست پایه به­ درستی محاسبه نمی­ کند و به تبع آن توسعه ­ی زمانی الگوی آب‎شستگي به خصوص در پایین­ دست پایه به­ درستی برآورد نمی ­شود.