شبیه‌سازی نرم‌افزاری تأثیر صفحات مستغرق بر چاله آب‌شستگی در محل تقاطع کانال‌ها

سابقه و هدف: پدیده تقاطع کانال‌ها و رودخانه‌ها ازجمله مسائلی است که در کانال‌های آبیاری و زهکشی، کانال‌های جمع‌آوری آب‌های سطحی، تصفیه‌خانه‌های آب و فاضلاب و رودخانه‌های طبیعی رخ می‌دهد. هدف از این پژوهش، بررسی تأثیر صفحات مستغرق نصب‌شده در کانال فرعی بر کنترل و کاهش عمق چاله‌ی آب ‌شستگی در اتصال 90 درجه کانال‌ها و ارائه بهترین موقعیت و آرایش صفحات مستغرق با استفاده از شبیه‌سازی نرم‌افزاری است. مواد و روش‌ها: در این پژوهش از نرم‌افزار شبیه‌سازی جریان Flow-3D به‌منظور مدل‌سازی حالات مختلف قرارگیری صفحات مستغرق در تلاقی کانال‌های 90 درجه استفاده‌شده است. برای صحت ‌سنجی نتایج از داده‌های آزمایش‌های انجام‌شده در آزمایشگاه گروه مهندسی عمران دانشگاه صنعتی شریف استفاده‌شده است. مدل آزمایشگاهی مذکور از یک کانال اصلی به طول 12 متر و عرض 40 سانتیمتر و یک کانال فرعی به طول 3 متر و هم‌عرض با کانال اصلی تشکیل‌شده است. کانال فرعی در فاصله 35/6 متری از ابتدای کانال اصلی و با زاویه 90 درجه نسبت به آن نصب‌شده است. معادلات حاکم در شبیه‌سازی نیز معادلات ناویر استوکس و پیوستگی جریان‌های تراکم ناپذیر بودند. جهت مدل کردن آشفتگی نیز از مدل دو معادله‌ای k-w استفاده شد. یافته‌ها: نتایج این مطالعه نشان داد که شبیه‌سازی نرم‌افزاری می‌تواند الگوی آب شستگی در محل تلاقی را به‌خوبی برآورد ‌نماید. بطوریکه اختلاف حداکثر عمق آب ‌شستگی در محل تلاقی بین مدل عددی و آزمایشگاهی 4/1 درصد بود. همچنین مدل‌سازی‌هایی با زوایا، ابعاد و فواصل مختلف از صفحات مستغرق جهت تعیین بهترین موقعیت صفحات مستغرق برای کاهش عمق آب ‌شستگی در محل تلاقی دو کانال با زاویه 90 درجه انجام گرفت. نتایج این مدل‌سازی‌ها نشان داد که چنانچه زاویه‌ی قرار‌گیری صفحات مستغرق نسبت به راستای جریان کانال فرعی برابر 60 درجه، نسبت طول صفحات به عرض کانال برابر 25/0، فاصله طولی صفحات از یکدیگر نصف عرض کانال فرعی، فاصله عرضی صفحات از یکدیگر 375/0 عرض کانال فرعی و فاصله نصب صفحات از محل تلاقی دو کانال بین 25/0 تا 375/0 عرض کانال فرعی باشد؛ صفحات مستغرق به‌طور مؤثری حداکثر عمق چاله آب ‌شستگی ایجادشده در محل اتصال دو کانال با زاویه 90 درجه را کاهش می‌دهند. نتیجه‌گیری: نتیجه نهایی حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که چنانچه صفحات مستغرق در موقعیت مناسب و با ابعاد بهینه در کانال فرعی نصب شوند می‌توانند عمق چاله آب‌شستگی در محل تقاطع را کاهش دهند. بطوریکه در این پژوهش حداکثر عمق آب ‌شستگی با نصب صفحات مستغرق در کانال فرعی 21 درصد نسبت به حالت بدون صفحات کاهش یافت.