اثر شناوری نسبی بر آستانه حرکت ذرات رسوب در شیب های تند تحت جریان کندشونده

جریان آب در رودخانه ها و انهار طبیعی یکنواخت نیست و با نزدیک شدن به موانع نظیر شکل های بستر و سازه های آبی به صورت جریان های غیر یکنواخت کندشونده و تندشونده ظاهر می شود. شناخت آستانه حرکت ذره رسوب در این نوع جریان ها نقش مهمی در برآورد بار رسوبی و بررسی مسائل مرتبط با آبشستگی و مقاومت جریان در رودخانه ها ایفا می کند. هدف از تحقیق حاضر مطالعه خصوصیات جریان های آشفته در شرایط شروع حرکت ذرات رسوب بستر در جریان های غیریکنواخت است تا بدین وسیله شناختی از عوامل موثر بر این پدیده حاصل گردد. آزمایشات این تحقیق در آزمایشگاه آب دانشگاه صنعتی اصفهان در کانالی به طول 8 متر به عرض40 و عمق 60 سانتی متر با استفاده از سه گروه ذرات رسوبی یکنواخت با قطر میانه ( mm95/0، 8/1، 8/3= ) و شیب بستر 0075/ 0 ، 0125/0 و015/ 0 تحت شرایط جریانهای غیر یکنواخت کندشونده انجام گردید. اندازه گیری های سرعت و مولفه های جریان آشفته در هر آزمایش در سه مقطع عرضی به فواصل 5، 75/5و 5/6 متری از ورودی کانال اصلی با استفاده از دستگاه سرعت سنج صوتی adv صورت پذیرفت. در مجموع 81 نیمرخ سرعت جریان برداشت و به وسیله نرم افزار winadv تحلیل و غربال شده و بر اساس آن تنش های برشی و نرمال رینولدز و نوسانات سرعت در شیب ها و روی ذرات رسوبی مختلف مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که حرکت و اندازه ذرات مختلف وشیب بستر متفاوت، خصوصیات جریان نظیر توزیع سرعت، تنش های برشی و نرمال رینولدز را نزدیک به بستر تحت تاثیر قرار می دهد. در محاسبه ی پارامتر شیلدز بحرانی عوامل مختلفی از جمله انتخاب روش محاسبه ی سرعت بر شی که دو روش تئوری لایه مرزی و روش پایه ای لگاریتمی مقایسه شد که دارای همسانی قابل قبولی بودند ،ثابت های عددی این روش های و حتی انتخاب کردن یا نکردن یک داده تاثیر قابل توجه ای روی مقدار پارامتر شیلدز دارد. این تحقیق نشان داد پارامتر شیلدز بحرانی در جریان کندشونده ثابت نبوده وبه رینولدز ذره و شناوری نسبی ذره بستگی دارد به طوری که با افزایش رینولدز ذره وکاهش شناوری های نسبی، پارامتر شیلدز افزایش می یابد.در نمودار شیلدز روند افزایش پارامتر شیلدز بحرانی در رینولدز های بزرگ که دارای شناوری های نسبی های کوچکتر می باشند به سمت خط صاف و یک مقدار ثابت برای پارامتر شیلدز بحرانی می روند که در نهایت از پراکندگی داده ها جلوگیری می شود.