مدلسازی آب شستگی موضعی گروه پایه های پل با شکل های هندسی مختلف

مطالعه ای بر روی آب شستگی موضعی گروه پایه های پل با هدف توسعه روش های طراحی و بهبود معادلات پیش بینی کننده عمق آب شستگی در گروه پایه ها انجام شد. مجموعه ای از آزمایشات در شرایط جریان پایدار بر روی گروه پایه های سه تایی صورت گرفت. تمامی آزمایشات در شرایط آب زلال انجام شد. پارامترهای حاکم بر پدیده آب شستگی موضعی اطراف گروه پایه های پل عبارتند از: ویژگی های جریان، مشخصات رسوب و شکل و اندازه پایه ها. اثرات این پارامترها بر روی عمق بیشینه آب شستگی موضعی برای یک تک پایه در گذشته به شکل کاملی مورد بررسی قرار گرفته است. اگرچه هنگامی که معیارهای طراحی پایه های تکی به طور مستقیم به گروه پایه ها اعمال می شود، اثرات مهم گروه پایه ها شامل اثرات محافظتی، اثرات تقویتی و اثرات گردابه های نعل اسبی تشدید شونده نادیده گرفته می شود. علاوه بر آن، اثرات گروه پایه با تغییر در فاصله بین پایه ها (g) تغییر می کند. ابتدا آب شستگی موضعی بر روی تک پایه با سه قطر متفاوت انجام شد ( 6، 8 و 10 سانتیمتر). با استفاده از روابط طراحی معتبر برای تک پایه ها نظیر گروه پایه های سه تایی با تغییر در فواصل بین پایه ها مورد بررسی قرار گرفتند. در مورد این پایه های قرار گرفته در راستای جریان، پایه های پایین دست بوسیله پایه های بالادست محافظت می شوند و باعث کاهش عمق آب شستگی موضعی اطراف پایه های پایین دست می شود. همچنین اثرات تقویتی در پایه جلویی بسیار مهم است و باعث می شود که عمق آب شستگی موضعی در این پایه نسبت به تک پایه بیشتر گردد. علاوه بر آن، عمق آب شستگی موضعی در پایه های پایین دست، که از مقدار متناظر در تک پایه ها کمتر است، با افزایش فاصله نسبی بین پایه ها تغییر می کند. گردابه نعل اسبی تشدید شونده هنگامیکه پایه ها در یک راستا قرار گرفته باشند و فاصله نسبی بین پایه ها از 5 کمتر باشد، بر عمق آب شستگی موضعی تأثیر به سزایی دارد. در این محدوده از فاصله نسبی، گردابه نعل اسبی تشدید می شود و گودال آب شستگی موضعی عمیق تر می گردد. اگرچه با افزایش مقدار فاصله نسبی بین پایه ها این اثر کمرنگ می گردد. داده های بدست آمده در مورد گروه پایه ها با استفاده از مدل رگرسیون چندگانه مورد تحلیل قرار گرفتند تا رابطه ای برای پیش بینی عمق آب شستگی موضعی در پایه جلویی ایجاد شود. این مدل رگرسیونی شامل یک پارامتر بی بعد (g/d) مربوط به اثرات گروه پایه می باشد. نتایج نشان دادند که با جایگزینی مقدار (u?(u_c ) ? ) یا عدد فرود به جای (u?u_c ) در رابطه پیشنهادی شپارد و همکارانش در سال 2004، دقت این رابطه افزایش می یابد. رابطه پیشنهادی تخمین مناسبتر و منطقی تری دارد. علاوه بر آن، روابط پیشنهادی در این تحقیق نتایج مناسبتری برای تک پایه ها در مقایسه با روابط ملویل و چیو در سال 1997، اتما در سال 1999، ریچاردسون و دیویس در سال 2001 و شپارد در سال 2004 دارد. در انتها نیز یک مدل سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی به منظور شبیه سازی آب شستگی موضعی در آب زلال اطراف پایه های دایره ای مورد استفاده قرار گرفت. این مدل عددی فرض می کند که جریان حاوی رسوب مانند یک جریان دوفازی عمل می کند و از معادلات بسته مدل آشفتگی کی – اپسیلون برای پیش بینی پارامترهای آشفتگی در فاز مایع استفاده می کند. محدوده جریان دوفازی (آب در کانال با یک ناحیه ماسه ای در بستر کانال ) با استفاده از فرمول بندی چندفازی فلوئنت حل می شود که روش اویلرین در حل عمق آب شستگی موضعی اطراف گروه پایه ها نامیده می شود. در این تحقیق یک مدل آشفتگی کی – اپسیلون که با استفاده از عبارات اضافی تکمیلی و در برگیرنده انتقال مومنتوم آشفته بین فازی است، برای پیش بینی مقادیر آشفتگی در فاز مایع به کار گرفته می شود. سطح مشترک بین آب و ماسه در مطالعات آزمایشگاهی به عنوان مقدار متناظر با کسر حجمی ماسه 5/0 در مطالعات عددی انتخاب شد. تطابق خوب موجود بین نتایح شبیه سازی عددی و داده های آزمایشگاهی قابلیت اعتبار این مدل عددی را نشان میدهد.