پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

توسعه مدل عددی دو بعدی در پلان به منظور بررسی شکل دیوار هدایت آب پل‌ها

نویسندگان
فواد کیلانه ئی 1
امیر محجوب 2
مسعود منتظری نمین 3
1 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکدة فنی مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران
2 دانش‌آموختة دکترا، پژوهشکده حمل و نقل، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
3 استادیار، دانشکدة مهندسی عمران، پردیس دانشکده‌های فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
در این تحقیق یک مدل عددی برای شبیه‌سازی دو بعدی جریان­های با سطح آزاد به منظور بررسی شکل دیوار هدایت آب پل­ها ارایه شده است. معادلات حاکم بر این مدل، معادلات ناویر استوکس متوسط‌گیری شده در عمق می‌باشند که با استفاده از روش حجم محدود گسسته‌سازی شده و به کمک روش گام جزیی حل شده‌اند. محیط حل نیز با استفاده از یک شبکه بدون ساختار مثلثی تولید شده به روش دلاونی، منقطع شده است. با استفاده از این مدل، تراز سطح آزاد آب و سرعت­های متوسط‌گیری شده عمقی در محیط حل محاسبه می‌شوند. برای محاسبه پارامترهای یاد شده، ابتدا ترم­های جابه­جایی و پخش معادلات اندازه حرکت حل شده و مقادیر میانی سرعت­ها به­دست می‌آیند. در گام دوم اثر اصطکاک کف اضافه می‌شود و در ادامه با حل همزمان معادله پیوستگی و ترم­های باقی­مانده معادلات اندازه حرکت، تراز سطح آزاد آب تعیین می‌گردد و در نهایت با استفاده از تراز سطح آزاد آب محاسبه شده، مقادیر نهایی سرعت­ها به­دست می‌آیند. پس از صحت‌سنجی مدل با آزمون­های مختلف و اطمینان از عملکرد مناسب آن، مدل توسعه داده شده جهت بررسی شکل­های مختلف دیوار هدایت و تعیین حالت بهینه مورد استفاده قرار ‌گرفته است.
کلیدواژه‌ها
جریان دو بعدی در پلان
روش حجم محدود
روش گام کسری
شبکه بدون ساختار مثلثی
دیوار هدایت آب پل‌ها

عنوان مقاله English

Developing 2 DH Numerical Model to Assess the Geometry of Bridge Guide Wall

نویسندگان English

F. Kilanehei 1
A. Mahjoob 2
M. Montazeri Namin 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin,
2 Ph.D., Grad., Transportation Research Institute, Iran University of Science and Technology, Tehran. Iran.
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering University of Tehran, Tehran, Iran. E-mail: kilanehei@eng.ikiu.ac.ir
چکیده English

In this paper, flow around bridge guide wall bank has been simulated numerically using 2DH hydrodynamic model. A finite volume fractional step method has been used to solve the governing equations. In this study, an unstructured triangular mesh has been deployed to discredited the problem domain. Using this model, the free surface elevation and
depth-averaged velocities have been calculated in computational domain. To calculate these mentioned parameters, at first, the advection and diffusion terms in the momentum equations have been solved and the intermediate velocities have been achieved. The influence of bed friction has been added in the second step. By solving the continuity equation and the remaining terms of the momentum equations simultaneously, the free surface elevation will be determined. Finally, using the calculated free surface elevation, final velocity values are obtained. After validating the model with several test cases and ensure its proper performance, the model was used to assess different forms of bridge guide wall bank and the Appropriate geometry of bridge guide wall bank has been determined.

کلیدواژه‌ها English

2DH Hydrodynamic Model
Finite Volume Method
Fractional Step Method
Unstructured Triangular Mesh
Bridge Guide Wall
  • کیلانه‌ئی، ف. (1390) "توسعه مدل دو بعدی- سه بعدی شبیه‌سازی جریان در اطراف سازه‌های هیدرولیکی رودخانه‌ای"، پایان‌نامه دکترا، گرایش سازه‌های هیدرولیکی، پردیس دانشکده‌های فنی دانشگاه تهران، تهران، ایران.
  • محمدزاده قمی، م. و منتظری نمین، م. (1384) "شبیه‌سازی جریان‌های با سطح آزاد به روش Projection Method بر روی شبکه بدون ساختار مثلثی"، پنجمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.
  •   هادیان، م. ر. و زراتی، ا. ر. (1388) "مدل‌های عددی آب‌های کم عمق و کاربرد آنها در مهندسی رودخانه و سواحل"، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران.
  • هادیان، م. ر. (1381) "بررسی شکل هندسی دیوار هدایت آب پل­ها با استفاده از مدل فیزیکی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران.
  • Abbasi S., Kamanbedast A. and Ahadian J. (2011) "Numerical investigation of angle and geometric of L- shape groin on the flow and erosion regime at river bends", World Applied Sciences Journal, 15(2): pp. 279-284.
  • Abbott M. B. and Basco D. R. (1989) "Computational fluid dynamics, an introduction for engineers", Longman Singapore Publisher Ltd.
  • Bradley, J. N. (1978) "Hydraulics of Bridge Waterways" (HDS1), US Department of Transportation/ Federal Highway Administration. Washington DC.
  • Faraday, R. V. and Charlton, F. G. (1983) "Hydraulic Factors in Bridge Design", Hydraulic Research Station, Wallingford, UK.
  • Flavel, D. (1994) "Waterway Design: A Guide to the Hydraulic Design of Bridges, Culverts and Floodways", AUSTROADS National Office.
  • Hamill, L. (2004) "Bridge Hydraulics", Taylor & Francis e-Library.
  • Kilanehei F., Naeeni S.T.O. and Namin M.M. (2011) "Coupling of 2DH-3D hydrodynamic numerical models for simulating flow around river hydraulic structures", World Applied Sciences Journal, 15(1): pp. 63-77
  • Koken, M. and Constantinescu G. (2011) "Flow and turbulent structure around a spur dike in a channel with a large scour hole", Water Resources Research, Vol. 47.
  • Kuhnle1 R., Jia Y. and Alonso C. V. (2008) "Measured and simulated flow near a submerged spur dikes", Journal of Hydraulic Engineering, 134(7): pp. 916-924.
  • McCoy A., Constantinescu G. and Weber J. (2008) "Numerical investigation of flow hydrodynamics in a channel whit series of groynes", Journal of Hydraulic Engineering (ASCE), 134(2): pp. 157-172.
  • Namin M. M., Lin B. and Falconer R. A. (2004) "Modeling estuarine and coastal flows using an unstructured triangular finite volume algorithm", Journal of Advances in Water Resources, 27: 1179-1197.
  • Namin M. M. (2003) "A fully three dimensional non hydrostatic free surface flow model for hydro environmental predictions", Ph.D. Thesis, Cardiff School of Engineering, Cardiff University.
  • Neill, C. R. (2000) "Guide to Bridge Hydraulics", Roads and Transportation Association of Canada, University of Toronto Press, Toronto.
  • Rajaratnam N. and Nwachukwu B. A. (1983) "Flow near Groin-like structures", Journal of Hydraulic Engineering (ASCE), 109(3): 463-480.
  • Smagorinsky J. (1963) "General circulation experiment with the primitive equations", Monthly Weather Review, 91: pp. 99-165.
  • Yazdi J., Sarkardeh H., Azamatulla H. M. D. and Ghani A. (2010) "3D simulation of flow around a single spur dike with free surface flow", International Journal of River Basin Management, 8(1): pp. 55-62.
  • Zhang H., Nakagawa , Kawaike K. and Baba Y. (2009) "Experiment and simulation of turbulent flow in local scour around a spur dyke", International Journal of Sediment Research, 24: pp. 33-45.