فرآیند جداسازی مواد قابل رسوب غیر آلی از آب خالص توسط نیروی جاذبه، یکی از اصلی ترین فرآیند های مورد استفاده در صنعت آب جهت تصفیه فاضلاب های صنعتی و خانگی است. از آنجا که نزدیک به یک سوم هزینه کل سرمایه گذاری در تصفیه خانه ها معمولأ به ساخت حوضچه های رسوب گذار اختصاص دارد و نیز مشخصات آب ورودی به واسطه افزایش جمعیت شهرها نوسان زیادی دارد، بنابراین افزایش بازده حوضچه-ها نه تنها از لحاظ فنی سبب افزایش عمر مفید قسمت های دیگر تصفیه خانه می شود، بلکه از نظر اقتصادی و زیست محیطی نیز توجیه پذیر می باشد و موضوع مطالعات متعدد تجربی، تحلیلی و عددی می باشد. جهت دستیابی به این هدف می توان با انجام تغییراتی در ساختار هندسی حوضچه ها بازده ته نشینی ذرات و الگوی جریان سیال درون آنها را بهبود بخشید. اضافه نمودن بافل میانی یکی از راههای تغییر ساختار جریان در حوضچه های رسوب گذار است. ایده بکارگیری بافل در حوضچه ثانویه؛ یکنواختی بیشتر سرعت در هر دو ناحیه قبل و بعد از آن، جلوگیری از حرکت جت جریان چگال در کف و اتصال کوتاه بین ورودی و خروجی می-باشد که بدین ترتیب می تواند عملکرد حوضچه را بهبود بخشد. در این پژوهش آزمایشگاهی تأثیر محل استقرار و ارتفاع بافل و بافل های ترکیبی میانی (استفاد همزمان از چند بافل) بر راندمان و هیدرودینامیک حوضچه های رسوب گذار ثانویه مستطیلی و نیز اثر غلظت سیال ورودی در عملکرد آنها، بررسی و نتایج حاصل با حالت بدون بافل مقایسه گردیده است. تمامی آزمایشات این پژوهش در آزمایشگاه مکانیک سیالات دانشگاه صنعتی شریف انجام گردیده است. داده برداری سرعت و غلظت جریان توسط دستگاه سرعت سنج آکوستیکadv صورت گرفته که براساس قوانین داپلر عمل می کند. به کمک این دستگاه پروفیل های سرعت و غلظت برای موقعیت های مکانی متفاوت بافل، ارتفاع بافل و غلظت های ورودی مختلف رسم شده است. در نهایت معیار بهبودی راندمان نیز مقایسه نتایج با حالت بدون حضور بافل بوده است.در این تحقیق مشخص گردید که استفاده مناسب از تک بافل میانی یا بافل های ترکیبی، منجر به بهتر شدن کیفیت آب تصفیه شده خروجی از حوضچه می گردد. البته زمانی که بافل یا بافل ها دارای موقعیت مکانی یا ارتفاع نامناسب باشند به شدت عملکرد حوضچه را تضعیف می نمایند و نیز با افزایش غلظت، اثر بافل یا بافل های میانی در بهبود کارآیی حوضچه کاهش می یابد. در حالت تک بافلی، بهترین بازده حوضچه در غلظت 400 میلی گرم بر لیتر و زمانی است که بافل میانی در 4 متری ورودی مستقر گردیده و ارتفاع آن 11 سانتی متر می باشد. در حالت استفاده از بافل های ترکیبی نیز، بهترین راندمان در حالت ترکیبی 11-17 (استفاده از بافل 17 سانتیمتری در موقعیت 2/4 متری ورودی و بافل 11 سانتیمتری در موقعیت 4 متری ورودی) در غلظت ورودی 400 میلی گرم بر لیتر رخ داد. نتایج حاصل از آزمایشات بافل های ترکیبی حاکی از آن است که در حالت کلی استقرار بافل بزرگ تر در مقطع نزدیک تر به ورودی حوضچه، سبب افزایش محسوس راندمان نسبت به حالت عکس می گردد.

سیلاب یکی از مهمترین بلایای طبیعی است که در طول تاریخ از دیر باز تا کنون همواره آثار مخرب اجتماعی و اقتصادی را به جوامع بشری تحمیل کرده و باعث خسارات مالی و جانی فراوان شده است. ساماندهی و اصلاح مسیر رودخانه یکی از روشهای متداول برای کنترل سیلاب و کاهش خسارات ناشی از آن می باشد. وضعیت سیلابی رودخانه قره سو در استان کرمانشاه همانند آنچه که در سیلاب سالهای 1352 و 1376 رخ داد و باعث آبگرفتگی بخش قابل توجهی از زمین های اطراف و حاشیه رودخانه گردید از یک سو و متعاقباً ایجاد خسارات مالی فراوان از سوی دیگر و همچنین عبور این رودخانه از داخل شهر کرمانشاه که حساسیت و اهمیت رسیدگی به مسئله کنترل سیلاب و ایمن سازی در برابر آن را دو چندان می کند سبب شد تا در نهایت طرح ساماندهی این رودخانه برای اهدافی چون مهار سیلاب، ایمن سازی زمین های اطراف رودخانه، زیباسازی، محیط زیست و غیره اجرا شود. در این تحقیق اثرات ساماندهی و تغییر مسیر رودخانه قره سو بر روی پهنه سیلاب و هیدرولیک جریان به ازای دوره بازگشت های 25، 50 و 100 ساله و تحت الگوی جریان غیر دائمی مورد بررسی قرار گرفت و نهایتاً نقشه های پهنه بندی سیلاب در محیط gis برای دوره بازگشت های فوق ارائه شده که در این راستا از نقشه هایی با مقیاس 1:1000 و1:2000 و همچنین مدل هیدرولیکی hec-ras ، نرم افزار arc-gis و الحاقیه hec-georas استفاده گردید. از دیگر نتایج بدست آمده در این تحقیق شبیه سازی سیلاب سالهای 1352 و 1376 در هر دو مسیر ساماندهی و طبیعی رودخانه قره سو تحت الگوی جریان دائمی و نهایتاً تعیین مساحت سیلابدشت و ارائه نقشه پهنه بندی سیلاب مربوط به این سالها می باشد.

طیف وسیعی از جریان های موجود در طبیعت را جریان های متغیر سریع همراه با سطح آزاد و مرز متحرک تشکیل می دهند. از این میان، پدیده شکست سد و در پی آن رها شدن ناگهانی توده عظیم آب انبار شده به همراه حرکت شدید رسوبات به صورت غیر ماندگار به شکل مخلوط مایع-ذرات ریز دانه با رئولوژی پیچیده، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این فرآیند، اندرکنش شدیدی میان جریان، انتقال رسوبات و تغییرات مورفولوژی بستر رودخانه وجود دارد و منجر به خسارات جانی، اقتصادی و زیست محیطی فراوان می گردد. در این پژوهش، پدیده هیدرودینامیکی انتقال رسوب ناشی از شکست سد، با استفاده از روش لاگرانژی بدون شبکه بندی هیدرودینامیک ذرات هموار (sph) مورد مطالعه، شبیه سازی و تحلیل قرار می گیرد. شبیه سازی جریان با قید تراکم ناپذیری و استفاده از روش تصویر فشار (isph)، از چالش های مهم فعلی در روش sph است. در این راستا، مباحثی چون ارضای شرط تراکم ناپذیری سیال، نحوه گسسته سازی معادلات حاکم، مدل سازی سطح آزاد با تغییر شکل های بزرگ در جریان های شدید، نوسانات میدان فشار و توزیع همگن ذرات محاسباتی هنوز به صورت موضوعاتی بحث برانگیز مطرح می شوند که احتیاج به مطالعه و بررسی همه جانبه دارند. نخست، دو طرح جدید برای گسسته سازی مشتقات مکانی مرتبه اول و دوم در معادلات ناویر-استوکس در روش sph معرفی شده است که نقاط ضعف طرح های موجود را برطرف کرده و خاصیت سازگاری را دارا می باشد. سپس روابطی جدید برای بهبود شبیه سازی و پیش بینی دقیق نیمرخ های سطح آزاد در گذر زمان پیشنهاد شده است. به منظور توزیع یکنواخت ذرات در sph نیز، یک رابطه اصلاح شده الگوریتم جابجایی ذرات ارائه می شود. در حل جریان های تراکم ناپذیر سطح آزاد، با روش های صریح رایج و رویکرد تصویر فشار، متغیر میدان و مکان ذراتی که فرآیند مشتق گیری عددی روی آنها انجام می شود، در دو زمان متفاوت محاسبه می شوند و امکان ارضای دقیق شرط تراکم ناپذیری وجود ندارد. با استفاده ازطرح های گسسته سازی جدید و اصلاح روش های رایج، یک روش بهبود یافته پیش بینی-تصحیح (eisph)، برای شبیه سازی جریان های سطح آزاد معرفی می گردد. همچنین با استفاده از رویکرد اویلری و روش حجم سیال (vof) در نرم افزار متن- باز openfoam، جریان های ناماندگار ناشی از شکست سد به صورت دو فاز در دو بعد حل می شوند. در ادامه، به منظور ارضای دقیق شرط تراکم ناپذیری جریان در روش تصویر فشار، یک روش جدید ضمنی (iisph) معرفی گردیده است. در این روش، در هر گام زمانی یک حلقه تکرار طی می شود که در آن، پس از یافتن سرعت در زمان جدید، مکان ذرات نیز به روز می گردد. به این ترتیب پس از همگرایی حلقه تکرار، مشتقات مکانی نیز در زمان جدید محاسبه خواهند شد. قابلیت و دقت روش ضمنی ارائه شده، در شبیه سازی مسائل سطح آزاد و انتشار شدید امواج شکست سد روی بستر خشک و مرطوب، مورد آزمون و تایید قرار می گیرد. اگرچه در مجموع، این روش نسبت به روش eisph هزینه محاسباتی بالاتری دارد، لیکن از جهت ایجاد سازگاری، پایداری، همگرایی حل، شبیه سازی نیمرخ های سطح آزاد جریان و بالاخص عدم حضور نوسانات غیر فیزیکی در میدان فشار، برتری محسوسی دارد. سپس، مسأله شکست سد در سه بعد حل شده است. در ادامه، روشهای صریح اصلاح شده و ضمنی جدید، به جریان های تراکم ناپذیر سطح آزاد حاوی رسوب توسعه داده می شوند. در روش های ارائه شده، فاز مایع توسط معادلات ناویر-استوکس مدل سازی می گردد. برای پیش بینی رفتار غیر نیوتنی فاز رسوب، از مدل رئولوژیکی پلاستیک بینگهام استفاده می گردد. دقت و کارآیی روش های عددی توسعه داده شده، با حل مسأله تک فاز انتقال رسوب غیر ماندگار ناشی از شکست سد و نیز مسأله شکست سد بر بستر فرسایش پذیر و انتقال مخلوط دو فازی آب-رسوب، بررسی و مقایسه می شود. روش های ارائه شده و به ویژه روش iisph، دارای توانایی بالایی در مدل سازی مشخصه های جریان آب و رسوب و نیز اندرکنش بین جریان، انتقال رسوب و تغییرات مورفولوژیکی بستر فرسایش پذیر، ناشی از جاری شدن سیلاب های شدید می باشند. در انتها، مسائلی کاربردی در زمینه پدیده انتقال رسوب پس از شکست سد، حل می شود. در قسمت نخست، مسأله وجود بستر پایین دست سد که ابتدا ثابت و سپس فرسایش پذیر است، حل می گردد. در قسمت بعد، با حل مدل های متفاوت سعی می شود که مطالعات جامعی پیرامون پدیده مورد بررسی تحت سناریوهای مختلف ممکن صورت پذیرد و به سوالات مطرح شده رساله، پاسخ کمی و کیفی داده شود.

آبشستگی موضعی پایه ها یکی از مهم ترین پارامترهای کلیدی در ایجاد ناپایداری و گسیختگی در سازه هایی نظیر پل ها، اسکله ها و مانند آن ها است. به دلیل پیچیدگی مکانیزم آبشستگی پایه پل ها، این موضوع به عنوان یکی از مهم ترین زمینه های تحقیقی در میان پژوهشگران شناخته شده است که بیشتر این تحقیقات بصورت تجربی انجام یافته است. نظر به اهمیت پدیده آبشستگی در پایداری پل ها، روش های متعددی جهت کنترل این پدیده معرفی شده است. در سال های اخیر تاثیر توام برخی از ابزار ها مورد بررسی قرار گرفته اند. با توجه به نتایج این تحقیقات، استفاده از یک ابزار کنترل کننده فرسایش بستر در بسیاری از موارد کافی بنظر نمی رسد. از سویی دیگر، ترکیب ابزارهای مختلف نیز همواره نمی تواند منجربه حصول نتایج بهتری نسبت به استفاده منفرد از این ابزارها گردد. لذا در پژوهش حاضر چهار ابزار سکو، مقطع هندسی پایه، شکاف و شیب جانبی پایه، بصورت منفرد و نیز بصورت ترکیبی با یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته اند. در انتخاب این روش ها سعی بر آن بوده است تاثیر دو پارامتر مهم ایجاد کننده آبشستگی، (1) جریان رو به پایین و تشکیل گردابه های نعل اسبی، (2) جدایش جریان و تشکیل گردابه های برخاستگی، بر آغاز و گسترش آبشستگی به دو صورت تجربی و عددی تعیین گردد. ترکیبات مورد بررسی نیز بگونه ای انتخاب گردیده اند که هر روش بتواند یکی از عوامل ایجاد کننده فرسایش بستر را حذف نماید. این ترکیبات شامل موارد زیر می باشند: (1) پایه استوانه ای با سکو (2) مدل پایه پل با مقاطع هندسی مختلف (دایره ای، مستطیلی گرد گوشه، بیضی و عدسی) (3) ترکیب سکو با مقاطع هندسی مستطیل گرد گوشه، بیضی و عدسی (4) ترکیب سکو، مقطع هندسی پایه و شکاف میانی (5) ترکیب سکو، مقطع دایره ای و مستطیلی گرد گوشه با جفت شکاف کناری در سه موقعیت قرار گیری مختلف (6) سکو، مقطع هندسی دایره ای و شیب جانبی (7) ترکیب سکو، مقطع هندسی دایره ای، شیب جانبی و شکاف میانی. در گروه اول با بررسی چهار ارتفاع 5، 6، 7 و 8 سانتیمتر برای سکو، سکوی 6 سانتیمتری با کاهش 46 درصد عمق فرسایش موثرترین روش شناخته شد. در پایه-های گروه دوم مدل عدسی شکل با کاهش 60 درصد عمق فرسایش،عملکرد بهتری داشته است. در گروه سوم ترکیب مقطع هندسی با سکو، موجب کاهش 64 درصدی آبشستگی در پایه عدسی شکل شده ولی در مقاطع مستطیلی گرد گوشه و بیضی ازدیاد آبشستگی را به همراه داشته است. در گروه چهارم، ایجاد شکاف در پایه مستطیلی گرد گوشه قابل توجه بوده لیکن در سایر مدل ها تاثیر چندانی نداشته است. در پایه های با شکاف کناری، در مقطع دایره ای گرفتگی زود رس شکاف، کارایی آن را از بین برده، اما در مقطع مستطیلی گرد گوشه 43 درصد کاهش آبشستگی مشاهده شده است. در شبیه سازی عددی با فلوئنت، سه مدل آشفتگیstandard ، rsm و les مورد مطالعه قرار گرفته اند. در این راستا منحنی های سرعت، تراز سطح آب، گردابه های پیرامون پایه و نیز توزیع تنش های برشی مورد مقایسه قرار گرفتند. همچنین تنش های برشی بی بعد شده در اطراف مدل پایه های مستطیلی گرد گوشه، عدسی و بیضی مقایسه شده اند. شبیه سازی های انجام گرفته برای زمان های محدود نخستین تاثیر مثبت مقطع عرضی عدسی در کاهش میزان تنش-های برشی بحرانی و نیز کاهش میدان تاثیر آن ها را نشان دادند. میزان درصد کاهش تنش برشی بستر در این مقطع برابر 43 درصد نسبت به پایه دایره ای ساده می باشد. شکاف نیز نقش حفاظتی موثری در کاهش تنش های برشی بستر داشته و در تمامی مقاطع موجب کاهش مقدار آن گردیده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.