بررسی اثر اشکال مختلف پایه پل بر الگوی جرﻳﺎن اطراف آن با استفاده از نرم افزار Fluent

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد /دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 دانشیار /دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 کارشناس ارشد /مهندسی عمران آب، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله الگوی جریان اطراف پایه‌هایی با مقاطع دایره، دوکی، بیضی، مستطیلی، مربعی و مستطیلی گرد گوشه (مستطیل- دایره) به صورت سه بعدی، با استفاده از نرم‌افزار Fluent شبیه‌سازی شده است. این نرم‌افزار معادلات جریان را به روش حجم محدود و الگوی مرکزیت سلول حل می‌نماید، جهت شبکه‌بندی میدان محاسباتی از شبکه‌های منشوری استفاده شده است. این شبکه‌ها با استفاده از پیش پردازندهGambit  ، تولید شده و سپس میدان محاسباتی با نرم‌افزار Fluent تحلیل شده است. در مدلسازی سه بعدی، جهت لحاظ نمودن اثر سطح آزاد روش حجم سیال1 (VOF) استفاده شده است. آشفتگی جریان با استفاده از مدل  در محاسبات وارد شده است. در مدلهای سه بعدی مطرح شده، تغییرات پروفیل سطح آب و اثر تغییر شکل پایه‌ها در کاهش میزان تنش برشی و در نتیجه کاهش آبشستگی بررسی شده است.  نتیجه محاسبات گویای آن است که مقطع دوکی و بیضی شکل بهترین نوع مقطع در کاهش تنش برشی و در نتیجه کاهش آبشستگی اطراف پایه می‌باشد. در این مقاطع جریان از اطراف پایه به آرامی می‌گذرد و آشفتگی زیادی در جریان به وجود نمی‌آید و جریان برگشتی که یکی از عوامل مهم آبشستگی می‌باشد در مقطع دوکی شکل دیده نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study the Effects of Bridge Pier Shape on the Flow Pattern Using the Fluent Software

نویسندگان [English]

  • Y Hassanzadeh 1
  • H Hakimzadeh 2
  • S Ayari 3
1 Professor, Faculty of Civil Engineering, Tabriz University, Tabriz, Iran
2 Associate Professor, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran.
3 M.Sc., Faculty of Civil Engineering, Tabriz University, Tabriz, Iran
چکیده [English]

In this paper, the 3-D flow pattern around the pier with different sections is simulated using Fluent software. The pier sections modeled in this study included circular, spindle, oval, rectangular, square, and combined (rectangle - circle) sections. The software solves the flow equations using finite volume and pattern of cell centralism. Prismatic networks were used for computational lattice field. These networks were produced using the pre-processor Gambit. The computational field was then analyzed using the Fluent software. The Fluid Volume Method (VOF) is used to  involve the free surface in three-dimensional modeling. Flow turbulence has been entered in the calculations using k – e model. In three-dimensional models, the effect of changes in water surface profiles and piers shape were investigated on decreasing shear stress and thus reducing scouring. The results indicated that spindle and elliptical cross sections have the largest effect in reducing shear stress and thus scouring around piers. The low velocity flow is formed around these piers and no large disturbance and no return flow, as important factors in scouring, are observed for spindle shaped piers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Circular pier
  • spindle shape pier
  • finite volume method
  • k– numerical model
  • Shear Stress
  • Fluent software
Breusers N.C., Nicollet G. and Shen W. (1977), “Local scour around cylindrical piers”, Journal of  Hydraul Research, 15(3), pp.211-252.

Baker, C.J. (1997). “The laminar horseshoe vortex” Journal of  Fluid Mechanics, 95(2), pp.347-367.

Dargahi B. (1998),“The Turbulent Flow Field Around a Circular Cylinder” , Experiments in Fluids, 8, pp.1-12.

Ettema R., Kirkil G. and Muste M. (2006), “Similitude of Large-Scale Turbulance in Experiments on Local Scour at Cylinders”, Journal of Hydraulic engineering, 132(1), pp.33-40.

Fröhlich J. and Rodi W. (2004), “LES of the flow around a circular cylinder of finite height”, International Journal of Heat and Fluid Flow, 25, pp.537-548.

Johnson, K.R. and Ting, F.C.K. (2003), “Measurements of Water Surface Profile and Velocity Field at a Circuler Pier”, Journal of Engineering Mechanics, 129(5), pp.502-513

Mellvile, B. W. (1975), “Local scour at bridge sites.” Rep No.117, Phd ,University Auckland, Department of Civill Engineering.

Rodi, W. (1997), “Comparison of LES and RANS calculations of the flow around bluff bodies”, Journal of wind engineering and industrial aerodynamics,69(71),pp. 55-75.

Roulund, A., Sumer, B. M., Fredsoe, J. and Michelsen, J. (2002). “3-D numerical modeling of flow and scour around a pile.”, Proceedings First International Conference on Scour of Foundations, Texas A&M University, Texas, USA, pp. 795-809.

Salaheldin, S. and Tarek, M. (2004),”Numerical modeling of three – dimensional flow field around circular piers”, Journal of Hydraulic Engineering , 130 (2),pp. 91-100.

Tseng M. H., Yen C.L. and Song C. S. (2000), “Computational three – dimensional flow around square and circular piers“, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 34, pp.207-227.

Yen, C. L., Lay, J. S. and Change, W.Y. (2001), “Modeling of 3D Flow and Scouring around Circular Piers”, Proceedings of the National Scince Council, Roc (A), 25(1),pp. 17-26.

Yuhi, M., Ishida, H. and Umeda, S. (2000),“ A numerical study of three – dimensional flow fields around a vertical cylinder mounted on a  bed”, Coastal Structures 99, Losada, pp. 783-792 .