بررسی آزمایشگاهی سرعت پیشانی جریان غلیظ میانگذر رسوبی در سیال با لایه‌بندی شوری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.

2 استاد گروه سازه‌های آبی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

10.22055/jise.2020.19779.1413

چکیده

یکی از مهم­ترین مشکلاتی که پس از احداث سد به­وجود می­آید، پدیده رسوب­گذاری در مخزن سد می­باشد. آگاهی از وضعیت سرعت پیشانی جریان غلیظ یکی از پارامترهایی است که در مخازن سدها بسیار حایز اهمیت است. به­منظور بررسی سرعت پیشانی جریان غلیظ میانگذر در سیال با لایه­بندی شوری یک سری آزمایش جریان غلیظ انجام شد. جریان غلیظ رسوبی در یک فلوم به طول 8 متر، عرض 34 سانتی­متر و ارتفاع 70 سانتی­متر  با چهار دبی یک، 5/1، 2 و 5/2 لیتر بر ثانیه،  چهار غلظت پنج، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر و سه شیب 5/2، 25/3 و چهار درصد ایجاد گردید. نتایج نشان داد که با افزایش هر یک از پارامترهای دبی، غلظت و شیب، سرعت پیشانی جریان غلیظ در نقطه جداشدگی افزایش می­یابد. با استفاده از نرم افزار SPSS ضریب رابطه کولگان در نقطه جداشدگی 67/0 به­دست آمد و در قسمت ابتدایی جریان غلیظ میانگذر به مقدار 6/0 کاهش یافت. با استفاده از آنالیز ابعادی رابطه­ای برای برآورد سرعت پیشانی جریان غلیظ در نقطه جداشدگی در شرایط دبی، غلظت و شیب متغیر ارایه گردید. هم­چنین سرعت پیشانی در قسمت ابتدایی جریان غلیظ میانگذر (5/0 متر بعد از جداشدگی) با سرعت پیشانی جریان غلیظ میانگذر در ادامه مسیر حرکت مقایسه شد و یک رابطه برای سرعت پیشانی جریان غلیظ میانگذر در مسیر حرکت خود در لایه­بندی شوری حاصل گردید. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Laboratory Study of the Interflow Density Current Head Velocity in a Fluid with Saline Stratification

نویسندگان [English]

  • Kimiya Kamaei 1
  • Mehdi Ghomeshi 2
1 M.Sc. Graduated Student, Department of HydraulicStructures, Shahid Chamran University of Ahvaz.
2 Professor, Faculty of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Introduction
One of the most important problems arising after the construction of a dam is sedimentation in the dam’s reservoir. In turn, one of the phenomenon that may affect the sedimentation is density currents. A density current is, indeed, the movement of a fluid through another one that has a different density. If there was saline stratification in the vertically downward direction in the reservoir of the static fluid, density current occurs as interflow. Kao (1977) derived the flow diffusion velocity along a common surface between two homogeneous fluids based on Bernoulli's theory. Likewsie, Ungarish (2012) and Sahuri et al. (2015) conducted studies on the interflow density current.
 
Methodology
The experiments were conducted in a flume of 8 meters long, 34 centimeters wide and 70 centimeters high. To that end, a solution of water and salt was used to form the ambient fluid with saline stratification and a mixture of water and sediment particles as the dense fluid. 48 experiments were, then, carried out with 4 discharges (1, 1.5, 2, and 2.5 l/s), 3 slopes (2.5, 3.25, and 4 percent) and 4 concentrations (5, 10, 15, and 20 g/l). The motion of the interflow density current in a layered fluid is like that the flow entering the reservoir first expands as an underflow current and after moving a distance, it enters through saline layers of the fluid with saline stratified layers. The current, then, separates itself from the bed at a location in the reservoir where the density of the dense flow equals to that of the layered one. This way, the current finds the suitable density in its environment and moves in a horizontal layer (Fig.1).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sedimentation
  • Dam reservoir
  • Density current
  • Separation point
  • Head velocity
1-Altinakar, S., Graf, W.H. and Hopfinger, E.J., 1990. Weakly depositing turbidity current on a small slope. Journal of Hydraulic Research, 28(1), pp.55-80.

 

2-Bashavard, H., and Ghomeshi, M., 2009.Affecting factors on variations of sedimentary density current head velocity with concentration less than sediment entrainment. In 8th International River Engineering Conference, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran. (In persian).

 

 3-Daryaee, M., Kashefipour, S.M., and Ghomeshi, M., 2014. Investigation of the impact of barrier and roughness on sedimentary density current control. Water and Soil Knowledge, 24(4), pp.1-9. (In persian).

 

4-Ghomeshi, M., 1997. Reservoir sedimentation modeling. Ph.D Thesis. University of Wollongong, Australia.

 

5-Kaheh, M., Ghomeshi, M., and Jahromi, S.M., 2012. Experimental study of density current head velocity on the rough surfaces. Journal of Irrigation Sciences and Engineering, 35(2), pp.101-109. (In persian).

 

6-Kao, T.W., 1977. Density currents and their applications. Journal of the Hydraulics Division, 103(ASCE 12947) pp. 543-555.

 

7- Keulegan, G.H., 1957. An experimental study of the motion of saline water from locks into fresh water channels, Rep. 5168. Nat. Bur. Stand., Washington, DC.

 

8-Kooti, F., Kashefipour, S.M., Ghomeshi, M., and Asgharipari, S.A., 2010. Investigation of the estimation of density current head velocity under variable slope, concentration and discharge conditions. In 9th Iran Hydraulic Conference, Tarbiat Modares University. (In persian).

 

9-Lowe, R.J., Linden, P.F. and Rottman, J.W., 2002. A laboratory study of the velocity structure in an intrusive gravity current. Journal of Fluid Mechanics, 456, pp.33-48.

 

10-Middleton, G.V., 1966. Experiments on density and turbidity currents: I. Motion of the head. Canadian Journal of Earth Sciences, 3(4), pp.523-546.

 

11-Sahuri, R.M., Kaminski, A.K., Flynn, M.R. and Ungarish, M., 2015. Axisymmetric gravity currents in two-layer density-stratified media. Environmental Fluid Mechanics, 15(5), pp.1035-1051.

 

12-Sarvarinezhad, B., Ghomeshi, M., and Bina, M., 2011. Evaluating the water entrainment of density current in converging reaches and diverging reaches, Journal of Irrigation Sciences and Engineering, 36(3), pp.13-22. (In persian).

 

13-Ungarish, M., 2012. Gravity currents and intrusions of stratified fluids into a stratified ambient. Environmental Fluid Mechanics, 12(2), pp.115-132.

 

14-Wells, M. and Nadarajah, P., 2009. The intrusion depth of density currents flowing into stratified water bodies. Journal of Physical Oceanography, 39(8), pp.1935-1947.

 

15-White, B.L. and Helfrich, K.R., 2012. A general description of a gravity current front propagating in a two-layer stratified fluid. Journal of Fluid Mechanics, 711, pp.545-575.

 

16-Zhang X.F., Yao Zh.j., Lu J.-Q., 2011. Experiment of density currents in stratified reservoir. Journal of Wuhan University of Technology Materials Science, (44)4, pp.409-413.