بررسی آزمایشگاهی پدیده برخاستگی در جریان‌های غلیظ رسوبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشی بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان خوزستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اهواز، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه تبریز

چکیده

جریان غلیظ زمانی اتفاق می‌افتد که اختلاف چگالی بین دو سیال وجود داشته باشد. این نوع جریان‌ یکی از مکانیزم‌های مهم در انتقال و رسوبگذاری مواد غیرچسبنده در مخازن با دره‌های باریک و عمیق هستند. در تحقیق حاضر 63 آزمایش جریان غلیظ رسوبی اجرا شد تا تاثیر دو شکل و سه ارتفاع زبری مصنوعی روی رفتار این جریان نسبت به بستر صاف بررسی شود. پروفیل‌های قائم سرعت و غلظت در بدنۀ جریان برداشت شد. نتایج بررسی‌ها نشان می‌دهد که وجود زبری باعث افزایش ضخامت بدنۀ جریان غلیظ به مقدار متوسط 47 درصد، کاهش سرعت حداکثر به مقدار متوسط 29 درصد، و افزایش فاصلۀ سرعت حداکثر از بستر به مقدار متوسط 163 درصد می‌شود. همچنین، برای زبری‌های مختلف در شرایط خاص هیدرولیکی و تحت تاثیر عوامل عدد فرود جریان، زبری نسبی و عامل انسداد پدیدۀ برخاستگی مشاهده گردید. این رفتار پروفیل سرعت را در بدنۀ جریان تحت تاثیر می‌دهد به نحوی که با وقوع برخاستگی مقدار سرعت حداکثر 5 تا 25 درصد در طول جریان افزایش می‌یابد. با بررسی مقدار رسوبگذاری در طول جریان، مشخص گردید که وجود زبری‌ها، به‌شرط وقوع نیافتن برخاستگی، رسوبگذاری را به‌طور متوسط 223 درصد افزایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation of lifting phenomenon in Sediment-Laden Density Currents

نویسندگان [English]

  • Peyman Varjavand 1
  • Mehdi Ghomeshi 2
  • Ali Hosseinzadeh Dalir 3
  • Davood Farsadizadeh 3
1 Research assistant professor of agricultural engineering research department, Khuzestan agricultural and natural resources research center, AREEO, Ahwaz, Iran
2 Professor, Faculty of Water Science Engineering, Shahid Chamran University of Ahwaz, Ahwaz, Iran
3 Professor, Department of Water Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده [English]

Density currents are formed when gravity acts upon a density difference between two different fluids. These currents are the most important transport mechanisms and deposition of noncohesive sediments in narrow and deep reservoirs. In this research, 63 experiments were performed to investigate the effects of two shapes and three heights of artificial roughness on sediment-laden density currents. Velocity and concentration profiles were measured in the body of current. Results showed that presence of roughness causes 47% increasing in the density current body thickness, 29% decreasing in the maximum value of velocity and 163% increasing in the distance of peak value of velocity point from the bed in the normal velocity profile. Also for different roughness and with special hydraulic conditions, Lifting phenomenon has been observed, which is affected by densimetric Froude number, relative roughness and blockage factors. This phenomenon effects on the velocity and causes 5-25% increasing in the maximum value of velocityi the stream line of current. Sedimentation rate in the current over rough bed is approximately 223% more than smooth bed if lifting phenomenon has not be occurred.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Artificial rough bed
  • Lifting phenomenon
  • Sediment-Laden density current
  • Sedimentation rate
  • Velocity profile

Altinakar, M. S., Graf, W. H. and Hopfinger, E. J. 1996. Flow structure in turbidity current. J. Hydraul. Res. 34(5): 713-718.

 

Daryaee, M., Kashefipour S. M. and Ghomeshi, M. 2014. Study of obstacle and roughness impacts on controlling sedimentary density current. J. Water. Soil. Sci. 24(4): 1-9. (in Persian)

 

Ellison, T. H. and Turner, J. S. 1959. Turbulent entrainments in stratified flows. J. Fluid Mech. 6(3):
423-448.

 

Ezz, H., Cantelli, A. and Imran, J. 2013. Experimental modeling of depositional turbidity currents in a sinuous submarine channel. Sediment. Geol. 290, 175-187.

 

Garcia, M. H. and Parker, G. 1993. Experiments on the entrainment of sediment into suspension by a dense bottom current. J. Geophys. Res. 98(C3): 4793-4807.

 

Imran, J., Kassem, A. and Khan, S. M. 2004. Three-dimensional modeling of density current. I. Flow in straight confined and unconfined channels. J. Hydraul. Res. 42(6): 578-590.

 

Kubo, Y. 2004. Experimental and numerical study of topographic effects on deposition from two-dimensional, particle-driven density currents. . Sediment. Geol. 164: 311-326.

 

Linden, P. F. and Simpson, J. E. 1986. Gravity-driven flows in a turbulent fluid. J. Fluid Mech. 172:
481-497.

 

Nogueira, H. I. S., Adduce, C., Alves, E. and Franca, M. J. 2013. Analysis of lock-exchange gravity currents over smooth and rough beds. J. Hydraul. Res. 51(4): 417-431.

 

Nourmohammadi, Z., Afshin, H. and Firoozabadi, B. 2011. Experimental observation of the flow structure of turbidity currents. J. Hydraul. Res. 40(2): 168-177.

 

Oehy, C. D., Cesar, G. D. and Schleiss, A. J. 2010. Effect of inclined jet screen on turbidity current. J. Hydraul. Res. 48(1): 81-90.

 

Oshaghi, M. R., Afshin, H. and Firoozabadi, B. 2013. Experimental investigation of effect of obstacles on the behavior of the density currents. Can. J. Civil Eng. 40, 343-352.

 

Parker, G., Garcia M., Fukushima, Y. and Yu, W. 1987. Experiments on turbidity currents over an erodible bed. J. Hydraul. Res. 25(1): 123-147.

 

Roscoe, R. 1952. The viscosity of suspensions of rigid spheres. Brit. J. Appl. Phys. 3(8): 267-269.

 

Sequeiros, O. E., Spinewine, B., Beaubouef, R. T., Sun, T., Garcia, M. H. and Parker, G. 2010. Characteristics of velocity and excess density profiles of saline underflows and turbidity currents flowing over a mobile Bed. J. Hydraul. Eng. 136(7): 413-433.

 

Sheikhi-Nejad, B. and Ghomeshi, M. 2014. Investigate of effect of cylinder roughness on maximum velocity of density current body. J. Irrig. Sci. Eng. 37(4): 97-107. (in Persian)

 

Turner, J. S. 1973. Buoyancy Effects in Fluids. Cambridge University Press. U. K.

 

Varjavand, P., Ghomeshi, M., Hosseinzadeh-Dalir, A. and Farsadizadeh, D. 2014. Experimental study on the effects of artificial Bed roughness on hydraulic parameters of saline density currents. J. Irrig. Sci. Eng.  37(3): 95-105. (in Persian)