بررسی آزمایشگاهی پروفیل سرعت در جریان چگال میان گذر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته ی دکتری، گروه سازه های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

2 استاد، گروه سازه های آبی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، ایران

چکیده

جریان­های ثقلی که به آن­ها جریان­های چگال یا جریان­های غلیظ گفته می­شود به دلیل اختلاف چگالی بین جریان و سیال پیرامون
به­وجود می­آیند. در مخازن سدها سیال پیرامون ممکن است دارای لایه
­بندی عمودی ­باشد. لذا جریان چگال ورودی به چنین مخازنی ممکن است به­صورت میان­گذر ادامه مسیر دهند. در این پژوهش جریان چگال به­صورت میان­گذر در یک سیال لایه­بندی شده مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی آزمایشگاهی پروفیل سرعت در جریان چگال میان­گذر در سیال پیرامون لایه­بندی شده، آزمایش­ها با چهار دبی1، 5/1، 2 و 5/2 لیتر بر ثانیه و چهار غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر روی شیب 5/2، 25/3 و 4 درصد انجام شد.
لایه­بندی با استفاده از مخلوط آب و نمک با گرادیان غلظت عمقی ایجاد شد. برای ایجاد جریان چگال از ذرات سیلیس با قطر متوسط هشت میکرون و وزن مخصوص 673/2 گرم بر سانتی­متر مکعب استفاده شد. سرعت جریان به­وسیله دستگاه سرعت­سنج پروفایلر اکوستیک
DOP2000 ثبت شده است. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد وقتی جریان از حالت زیرگذر به حالت میان­گذر تبدیل می­شود سرعت بدنه آن کاهش می­یابد. با افزایش غلظت از پنج تا 20 گرم بر لیتر درصد کاهش سرعت بدنه به­ترتیب 11، 20و 36 درصد در شیب­های 5/25،2/3 و 4 درصد افزایش یافته است. همچنین افزایش دبی از یک تا 5/2 لیتر بر ثانیه درصد کاهش سرعت به­ترتیب 12، 14 و 15 درصد در شیب­های 5/25،2/3 و 4 درصد کاهش یافته است. سرعت پیشانی در جریان میان­گذر بیشتر از سرعت بدنه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of Velocity Profile in Interflow Density Current

نویسندگان [English]

  • Mohadeseh Sadeghi Askari 1
  • Mehdi Ghomeshi 2
1 PhD Student, Hydraulic Structures Department, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
2 Professor, Hydraulic Structures Department, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

Gravity currents, also known as density currents, or buoyancy currents, are happened by the density difference between the flow and its ambient fluid. Gravity current happen in geophysical environments. One of the most important types of these streams that occur in large-scale nature is density flow (Middleton 1993). These flows are happen due to gravity and its effect on the density gradient. When the gravity current arrived to ambient fluid, in the position that density of both gravity current and ambient fluid is equal the gravity current abandon the bed and flows in ambient fluid horizontally )He et al, 2016(. Some examples of gravity currents found in nature katabatic winds thunderstorms, dust storms (haboobs), turbidity currents running down the continental shelf, and advancing cold fronts )Thompson, 1986(. Examples of gravity currents found in industrial processes are the spread of heavy gases and also ventilation systems that utilize buoyancy to drive horizontal flows along the ceiling and floor )Samothrakis and cotel, 2006(. Other examples of gravity currents that are encountered in nature include snow avalanches )Hopfinger and Tochon-Danguy, 1977( and pyroclastic flows (Valentine, 1987). There are also examples of man-made gravity currents with industrial applications. Such an example is the instantaneous release of a dense gas in a less dense environment, after the failure of a containment tank (Baines, 2001). Simpson (1997) has detailed descriptions of these and other examples of gravity currents and also provides an overview of the research performed on the subject
In dams reserve ambient fluid, usually has a vertical stratification. Therefore, the density current into this reservoirs may flow as interflow. In this study, the density current was investigated in ambient stratification fluid. For Experimental Investigation of velocity profile in interflow density current at stratification ambient, experiments were performed by 4 discharge 1, 1.5, 2 and 2.5 liters per second, and 4 concentrations 5, 10, 15 and 20 grams per liters on the bed slope 2.5, 3.25 and 4 percent. Stratification of ambient fluid was carried out by mixture water and salt with a deep concentration gradient. To create density flow silica particles with an average diameter of 8 microns was used.

کلیدواژه‌ها [English]

  • density current
  • velocity profile
  • stratification
  • concentration gradient
  • silica particles
  • Ahlfeld, D., Joaquin, A., Tobiason, J. & Mas, D. 2003. Case study: Impact of reservoir stratification on interflow travel time. Journal of hydraulic engineering, 129, 966-975.doi:1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:12(966)

 

2- Baines, P. G. 2001. Mixing in flows down gentle slopes into stratified environments. Journal of Fluid Mechanics, 443, 237-270. doi: 10.1017/S0022112001005250

 

3- Benjamin, T. B. 1968. Gravity currents and related phenomena. Journal of Fluid Mechanics, 31. doi: 10.1017/S0022112068000133

 

4- Cortes, A., Wells, M., Fringer, O., Arthur, R. & Rueda, F. 2015. Numerical investigation of split flows by gravity currents into two‐layered stratified water bodies. Journal of Geophysical Research: Oceans, 120, 5254-5271. doi: 10.1002/2015JC010722

 

5- De Rooij, F., Lindeny, P. F. & Dalziel, S. B. 2002. Saline and particle-driven interfacial intrusions. Journal of Fluid Mechanics, 389, 303-334. doi: 10.1017/S0022112099005078

 

6- Firoozabadi, B., Afshin, H. & Aram, E. 2009. Three-dimensional modeling of density current in a straight channel. Journal of Hydraulic Engineering, 135, 393-402. doi: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000026

 

7- He, Z., Zhao, L., Lin, T., Hu, P., Lv, Y., Ho, H.-C. & Lin, Y.-T. 2016. Hydrodynamics of gravity currents down a ramp in linearly stratified environments. Journal of Hydraulic Engineering, 143, 04016085. doi: 10.1017/jfm.2023.146

 

8- Hopfinger, E. & Tochon-Danguy, J. C.1977. A model study of powder-snow avalanches. Journal of Glaciology. 19, 343-356. doi: 10.3189/S0022143000029373

 

9- Imberger, J., Rory, T. & Fandray, Ch. 1976. Selective withdrawal from a finite rectangular tank. Journal of Fluid Mechanics, 78,489-512.doi: 10.1017/S0022112076002577

 

10- Lowe, R., Linden, P. F. & Rotman, J. W. 2002. A laboratory study of the velocity structure in an intrusive gravity current. Journal of Fluid Mechanics, 456, 33-48. doi: 10.1017/S0022112001007303

11- Middleton, G. V. 1993. Sediment deposition from turbidity currents. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 21, 89-114. doi: 10.1146/annurev.ea.21.050193.000513

 

12- Samothrakis, P. & Cotel, A. 2006. Propagation of a gravity current in a two‐layer stratified environment. Journal of Geophysical Research: Oceans, 111. doi: 10.1029/2005JC003125

 

13- Simpson, J. E. 1997. Gravity Currents: In the Environment and the Laboratory Cambridge University Press. doi: 10.1017/S0022112097227527

 

14- Snow, K. & Sutherland, B. R. 2014. Particle-laden ow down a slope in uniform stratication. Journal of Fluid Mechanics, 755, 251-273. doi: 10.1017/jfm.2014.413

 

15- Sutherland, B. R., Kyba, P. J. & Flynn, M. R. 2004. Intrusive Gravity Currents in Two layer Fluids. Journal of Fluid Mechanics, 514, 327-353. doi: 10.1017/S0022112004000394

 

16- Thompson, B. 1986. Small-scale katabatics and cold hollows. Weather, 41, 146-153. doi: 10.1002/j.1477-8696.1986.tb03813.x

 

17- Turner, J. S. 1973. Buoyancy effects in fluids, Cambridge University Press. doi:  10.1002/qj.49710645020

 

18- Valentine, G. A. 1987. Stratified flow in pyroclastic surges. Bulletin of Volcanology, 49, 616-630. doi: 10.1007/BF01079967

 

19- Wells, M. & Nadarajah, P. 2008. The Intrusion Depth of Density Currents Flowing into Stratified Water Bodies. Journal of Physical Oceanography, 39, 1935-1947. doi: 10.1175/2009JPO4022.1

 

20- Zhang, X. F., Ren, S., Lu, J. Q. & Lu, X. H. 2015. Effect of thermal stratification on interflow travel time in stratified reservoir. Journal of Zhejiang University SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), 16, 265-278. doi:  10.1631/jzus.A1400269

 

 

 

دوره 47، شماره 2
شهریور 1403
صفحه 119-135
  • تاریخ دریافت: 21 آذر 1396
  • تاریخ بازنگری: 08 اردیبهشت 1397
  • تاریخ پذیرش: 10 اردیبهشت 1397
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1403