منطقه مجاور ساحلی شامل ناحیه زوال امواج یا موجک های منهدم شده و شکسته و ناحیه بالاروی یا یورش آب ساحلی است. ناحیه بالاروی امواج از لحاظ هیدرودینامیکی کاملا شناخته شده نمی باشد و دانش موجود از فرآیندهای هیدرودینامیکی که در این ناحیه رخ می دهد در مقایسه با فرآیندهای سایر نواحی ساحلی، به دلیل ماهیت ناشناخته آنها کامل نیست. بررسی جامع و کامل پدید های هیدرودینامیک منطقه بالاروی امواج خصوصا با توجه به این نکته که در حیطه کاربردی موضوع، قسمت مهمی از میزان انتقال رسوب ساحلی در این ناحیه انجام می شود، بسیار با اهمیت است. از طرف دیگر هنوز یک مدل خاص برای این ناحیه که کلیه جنبه های مهم منطقه بالاروی امواج ساحلی (نظیر شیب و نفوذپذیری بستر، شکست/انهدام امواج و موجکها و آشفتگی، جریانهای بازگشتی، تنشهای برشی، ضریب اصطکاک ، اندرکنش بالاروی امواج و انتقال رسوب) را در بر داشته باشد، به طور کامل توسعه داده نشده است. بنابراین هدف اصلی از این مطالعه، شناخت جزئیات فرآیندهای هیدرودینامیکی در منطقه بالاروی امواج ساحلی با توجه به تحقیقات انجام گرفته و شبیه سازی این فرآیندها با بهره گیری از روش ها و رویکردهای نوین عددی برای رسیدن به درک بهتر از فعل و انفعالات رخ داده در این منطقه ساحلی می باشد. آنچه پیداست، روش های معمول به کار رفته تا کنون توانایی مدلسازی جامع جریان این ناحیه را به دلیل تعامل واقعی آن با بستر طبیعی نفوذپذیر نداشته اند و اندک تحقیقات انجام شده نیز به روش های تقریبی و با بکارگیری روابط تجربی، اثرات مهم نفوذ/خروج را در نظر گرفته اند. به همین منظور پس از بررسی سایر روش های مطرح شده در ادبیات فنی و بررسی امکان سنجی و کارآمدی آنها، در ابتدا یک مدل عددی سه بعدی با رویکرد پیوستار (بر پایه معادلات متوسط حجمی ناویر-استوکس) جهت یکپارچه سازی روش ها در تمام عمق میدان برای شبیه سازی هیدرودینامیک جامع منطقه ساحلی شامل شکست نهایی موج، بالاروی و پائین روی توده، آشفتگی و جریانهای بازگشتی روی بستر نفوذپذیر ارائه می شود. این مدل با حل معادلات متوسط گیری حجمی در سه شکل اصلی در محیط متخلخل همگن، تخفیف یافته در محیط سیال همگن و اصلاح شده برای ناحیه بینابینی با تخلخل متغیر، کل میدان جریان را پوشش داده و تحلیل می نماید . سطح آزاد جریان به روش حجم سیال و آشفتگی جریان به روش شبیه سازی گردابه های بزرگ مدلسازی شده است. مدل عددی در دو مرحله توسعه داده شده است. در گام اول، فرمولاسیون رویکرد پیوستار برای میدان جریان کانال با بستر نفوذپذیر توسعه داده شده است. مدل عددی در این مرحله از توسعه با تعداد زیادی اجرا در تخلخل های متفاوت و مقایسه با داده های یک حالت ساده ی آزمایشگاهی، کنترل و صحت سنجی شده است. در گام دوم بر اساس ساختار اصلی مدل در مرحله قبل و انجام اصلاحات و تغییرات لازم خصوصا در مرزها، فرمولاسیون مدل برای جریان ناحیه ساحلی در گستره ی شرایط متفاوت هیدرودینامیکی از ابتدای منطقه داخلی شکست تا انتهای منطقه بالاروی ساحلی بسط داده شده است. نتایج تحلیل این مدل عددی در مرحله دوم در شرایط مختلف هندسی (شیب بستر، طول، عمق و عرض میدان) و فیزیکی (نفوذپذیری های مختلف بستر، امواج منظم و تصادفی) که تقریبا منطبق با شرایط ابتدایی انجام یک گروه داده آزمایشگاهی خاص بوده اند، با تاکید بیشتر بر ناحیه بالاروی با نتایج آزمایشگاهی و همچنین برخی مفاهیم و نظرات قطعیِ بیان شده در ادبیات فنی این ناحیه مقایسه گردیده است. مقایسه نتایج، حاکی از آن است که مدل هیدرودینامیکی توانایی خوبی برای پیش بینی میدان جریان و سطح آزاد آن، کمیت های آشفتگی، باتوجه به اندرکنش بالاروی و نفوذپذیری بستر نسبت به روش ها و معادلات متدوال دیگری چون rnas، بوسینسک و nlsw دارد. میزان تاثیر درجات مختلف نفوذپذیری بستر ساحلی بر کمیت و کیفیت فرآیندهایی چون مقدار بالاروی، میدان آشفتگی (ناشی از شکست و ناشی از زبری ظاهری و ذاتی بستر)، پروفیل سطح آزاد، میدان سرعت های متوسط و لحظه ای تا حد امکان مورد بررسی و کنکاش قرار گرفت.

هر گاه جریان دارای ضخامت نسبتاً کم و سرعت زیاد وارد سیالی با سرعت کمتر از خود شود، میدان حاصل از تداخل این دو جریان جت نامیده می شود. در مسائل مهندسی، اکثر جت ها را در محدوده جت های آشفته مورد بحث قرار می دهند. جت های آرام در سرعت های پایین سیالات با ویسکوزیته بالا و در مقیاس های کوچک رخ می دهند. برای جریان عبوری از یک شکاف، عدد رینولدز معمولاً به صورت re=?vd/µ بیان می شود که در آن v سرعت متوسط در محور شکاف، d بازشدگی شکاف و ? وµ به ترتیب چگالی و ویسکوزیته دینامیکی سیال است. جت های محصور در ارتباط با مرزهایی در نزدیکی جریان هستند که آنها را نیز می توان از لحاظ ارتباط با مرزها به دو دسته جت آفست وجت دیواره ای تقسیم بندی کرد که در جت دیواره ای، یک دیواره موازی محور جت، منطبق بر محل انتشار قرار دارد. جریان عبوری از زیر دریچه در گروه این نوع جت ها قرار می گیرد. در جت های دیواره ای، میدان جریان را بر اساس استهلاک سرعت ماکزیمم می توان به سه منطقه هسته پتانسیل، منطقه استهلاک مشخصات و منطقه استهلاک شعاعی تقسیم بندی کرد. تحقیقات زیادی از گذشته درباره جت های دیواره ای انجام شده است که نشان از کاربرد عمده آنها و همچنین اهمیت آنها می باشد. با وجود تحقیقات فراوانی که بر روی این جت ها انجام شده است ولی تعداد کمی از کارهای انجام شده به بررسی پارامتر های آشفتگی در این گونه جت ها پرداخته اند. همچنین بیشتر آزمایش های انجام شده بر روی سطوح صاف انجام شده و آزمایشاتی که در آنها پارامتر های آشفتگی مورد بحث قرار گرفته و بر روی سطوح مختلف زبر و صاف انجام شده اند غالباً به صورت دو بعدی بوده اند. در این نوشتار به بررسی آزمایشگاهی الگوی جریان پیرامون جت دیواره ای به منظور بررسی تاثیر تغییرات زبری بستر بر الگوی جریان شکل گرفته، میدان سرعت و تنش های رینولدز پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا با انجام آزمایشات با استفاده از سرعت سنج سه بعدی برای برداشت هر سه مولفه سرعت جریان، داده های برداشت شده را مورد پردازش قرار داده و بعد از آن به ترسیم الگوهای جریان و مشخصه های آشفتگی با در نظر گرفتن تغییرات مورد نظر پرداخته شد. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش زبری بستر نرخ رشد مقیاس طولی کاهش و نرخ استهلاک سرعت جت افزایش می یابد. مولفه u شدت آشفتگی نیز با افزایش زبری بستر، افزایش یافته است. همچنین با فاصله گرفتن از جت، تنش برشی بستر کاهش یافته و با افزایش زبری بستر، تنش برشی هم روند افزایش داشته است.

سرریز های سه جانبی از جمله مجرا های تخلیه کننده سد ها بوده که علیرغم محدودیت های هیدرولیکی، در شرایط خاص توپوگرافی به عنوان بهترین انتخاب مطرح می شوند. تلفات زیاد انرژی، تلاطم و آشفتگی جریان و اعمال ضربات نوسانی شدید آب بر کف و دیواره های کانال جانبی از جمله شرایط نامناسب هیدرولیکی در این سرریز ها بوده که باید مورد بررسی دقیق قرار گیرند. در این تحقیق ابتدا با استفاده از نرم افزار flow-3d میدان جریان سه بعدی بر روی سرریز جانبی u شکل و آبپایه واقع در انتهای کانال جانبی، به صورت عددی و با استفاده از مدل آشفتگی rng استاندارد مدل سازی و بررسی شده است. مقایسه نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که این مدل قابلیت پیش بینی الگوی سه بعدی جریان مزبور را دارد. در ادامه کار به بررسی اثر پله ای کردن پروفیل اوجی سرریز سه جانبی در کاهش میزان نوسانات فشار دینامیکی در کانال جانبی این نوع سرریز پرداخته شده است که برای بررسی کمی نوسانات فشار دینامیکی، از یک عدد بدون بعد به نام شدت نوسانات فشار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که پلکانی شدن پروفیل استاندارد این نوع سرریز باعث کاهش قابل توجه شدت نوسانات فشار در داخل کانال جانبی می شود. از طرف دیگر پلکانی شدن پروفیل استاندارد این سرریز ها باعث سهولت در ساخت و بهره برداری از این سرریز ها می شود. سپس به بررسی ضریب آبگذری این نوع سرریز ها پرداخته شد. ظرفیت آبگذری یک سرریز سه جانبی تابعی از ارتفاع کل جریان، طول موثر تاج و ضریب آبگذری می باشد. ضریب آبگذری نیز به ارتفاع کل جریان، ارتفاع سرریز و شکل پلان سرریز بستگی دارد. در تحقیق حاضر با استفاده از مدلسازی عددی به بررسی چند حالت پلان این سرریز ها پرداخته شده است. نتایج نشان می دهند که با افزایش ارتفاع جریان بر روی سرریز، بتدریج مقدار ضریب آبگذری سرریز ها به مقدار ثابتی میل می کند. همچنین نتایج نشان می دهند که استفاده از بازوهای کناری مایل، تاثیر مناسبی بر میزان ضریب آبگذری ایجاد می کند. در این تحقیق روابط مناسبی برای محاسبه ضریب آبگذری این سرریز ها نیز معرفی شده است.

در این تحقیق با استفاده از نرم افزار فلوئنت ابعاد و آرایش بهینه صفحه های مستغرق تعیین شده است. در شبیه-سازی عددی، ابتدا در نرم افزار گمبیت هندسه ی مدل ها و شبکه بندی مناسب تولید و سپس مدل های تولید شده با اعمال شرایط مرزی در مدل هیدرودینامیک فلوئنت حل شده اند. پردازش اطلاعات خروجی از نرم افزار فلوئنت با استفاده از نرم افزار تک پلات انجام شده است. برای انجام بهینه سازی ها ده پارامتر در نظر گرفته شده است. فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در سطح، فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر درکف، سطح جریان بستری ورودی به دهانه آبگیر، سطح جریان ورودی به کانال آبگیر از عمق میانی، سطح جریان سطحی ورودی به کانال آبگیر، قدرت جریان ثانویه و تنش برشی وارد بر کف به عنوان هفت پارامتر موثر در جلوگیری از ورود رسوب به کانال آبگیر و پارامترهای طول، عرض و سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر به عنوان سه پارامتر موثر در تجمع رسوب در کانال آبگیر مورد برسی قرار گرفته و در انجام بهینه سازی استفاده شده اند. برای انجام بهینه سازی از روش فازی تاپسیس که یکی از روش های بهینه سازی چند معیاره می باشد استفاده شده است. بهینه سازی ها به سه صورت انجام شده اند. یکبار تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آّبگیر، بار دیگر تنها با در نظر گرفتن پارامترهای موثر در تجمع رسوب وارد شده به کانال آبگیر و در انتها با درنظر کلیه پارامترهای مورد بررسی انجام شده اند. آزمایش ها برای سه نسبت آبگیری 11/0، 16/0 و 21/0 انجام شده است. در تعیین ابعاد بهینه صفحه های مستغرق، 4 حالت برای شبیه سازی ارتفاع و 2 حالت برای شبیه سازی طول آن ها در نظر گرفته شده است. در مورد تعیین آرایش بهینه آن ها نیز برای فواصل طولی و عرضی و زاویه صفحه ها با جهت جریان، به ترتیب 3،2 و 3 حالت برای شبیه سازی در نظر گرفته شده است. تاثیر الگوهای انفصال آپویند مرتبه اول (f.o.u)، آپویند مرتبه دوم (s.o.u)، توانی و کوئیک و همچنین مدل-های آشفتگی k-?، k-? و rsm در شبیه سازی الگوی جریان مورد بررسی قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل حاکی از آن بود که در مدل آشفتگی rsm الگوی انفصال آپویند مرتبه دوم و در دو مدل دیگر الگوی توانی نسبت به دیگر الگوها قابلیت بالاتری در شبیه سازی دارند. همچنین هر سه مدل آشفتگی، الگوی جریان را در کانال اصلی بخوبی پیش بینی می-کنند. ولی در داخل کانال آبگیر، مدل آشفتگی rsm نسبت به دو مدل دیگر بهتر عمل کرده و قابلیت مدل k-? از k-?بیشتر است. مدل سازی عددی الگوی جریان در حضور صفحه هایی با ابعاد مختلف انجام شد و بررسی پارامترهای مورد نظر نشان داد که فاصله خط تقسیم جریان از دهانه آبگیر در کف و در سطح با افزایش ارتفاع صفحه ها، افزایش می یابد. می باشد. همچنین وقتی ارتفاع صفحه 2/0 برابر عمق جریان باشد، قدرت جریان ثانویه شکل گرفته حول آن ها نسبت به دیگر ارتفاع صفحه ها بیشتر است. حداکثر تنش برشی وارد بر کف با افزایش ارتفاع صفحه ها بیشتر می شود. سطح ناحیه گردابی در کانال آبگیر با افزایش ارتفاع صفحه ها تا 4/0 عمق جریان روند افزایشی و بعد از آن مستقل از ابعاد صفحه ها می باشد. بررسی نتایج همچنین نشان داد که افزایش طول صفحه های مستغرق تاثیر مثبتی بر شرایط آبگیری دارد. مهم ترین نتیجه حاصله از این قسمت، تعیین ارتفاع d2/0 (d عمق جریان) و طول hv4 (hv ارتفاع صفحه مستغرق) به عنوان ابعاد بهینه صفحه های مستغرق بود، چراکه در هر سه شکل بهینه سازی این ابعاد به عنوان گزینه برتر بودند. با استفاده از ابعاد بهینه صفحه ها مدل سازی عددی الگوی جریان برای آرایش های مختلف صفحه های مستغرق انجام شد. نتایج شبیه سازی حاکی از آن بود که با تغییر آرایش صفحه های مستغرق در اکثر موارد پارامترهای موثر در جلوگیری از ورود رسوب به دهانه آبگیر تغییرات کمی دارند. اما با تغییر زاویه صفحه های مستغرق تغییرات قابل توجهی در قدرت جریان ثانویه ایجاد می شود. نتایج حاصل از بهینه سازی های انجام شده در این قسمت نشان داد که آرایشی که در آن فواصل طولی و عرضی بین صفحه ها به ترتیب 9 و 3 برابر ارتفاع آن ها و زاویه صفحه ها با جهت جریان 25 درجه باشد، به عنوان آرایش بهینه صفحه های مستغرق در مقابل دهانه آبگیر است.

پژوهش حاضر، به منظور کمک به درک اندرکنش لوله- جریان و لوله- جریان- بستر ماسه ای به شبیه سازی دو بعدی جریان پیرامون خط لوله واقع بر بستر صلب و آب شستگی اطراف لوله تحت جریان پایدار با استفاده از مدل عددی flow-3d می پردازد. مدل آشفتگی به منظور ارزیابی مدل در محاسبه سرعت جریان اطراف لوله مورد استفاده قرار گرفته و نتایج حاصله با داده های آزمایشگاهی مطابقت داده شده و بیانگر دقت قابل قبولشبیه سازی انجام شده می باشد.

استفاده از سرریزهای چندوجهی به دلیل کاهش قابل توجه هزینه و مشکلات اجرایی در مقایسه با سایر سرریزها، مورد توجه طراحان این نوع سازه ها است. در مناطقی که از لحاظ مکانی و افزایش عرض کلی جایگاه سرریز، محدودیت وجود دارد و یا در مناطقی که از لحاظ افزایش فضا و حجم اضافی برای سیل محدودیت داشته باشند، همچنین برای اصلاح و افزایش ظرفیت سرریز موجود، می توان از سرریز چندوجهی استفاده کرد. از طرفی تلاطم و آشفتگی جریان و اعمال ضربات شدید آب بر کف و دیواره های جانبی کانال آب بر و به طور کلی شرایط نامناسب جریان داخل کانال آب بر، کارایی این سرریزها را با مشکل مواجه می کند. در این پایان نامه ابتدا با استفاده از یک نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی (flow-3d) به بررسی جریان سه بعدی در سرریز uشکل با به کارگیری مدل آشفتگی rng پرداخته می شود. با توجه به اهمیت ورود هوا به جریان در سازه های هیدرولیکی به شبیه سازی جریان دوفازی در موضوع تحقیق حاضر پرداخته شده است. نتایج به دست آمده در مقایسه با شبیه سازی عددی تک فاز، حاکی از بهبود پیش بینی جریان است. سپس با درنظر گرفتن مدل با ابعاد واقعی، تأثیرات مقیاس در مدل های آزمایشگاهی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد مدل های فیزیکی در پیش بینی ورود هوا به جریان مناسب نیستند و میزان هوای وارد شده وابسته به عدد رینولدز است و از تشابه فرودی تبعیت نمی کند. در ادامه به بررسی پارامتریک اثر تغییرات هندسه سازه سرریز برای دستیابی به الگوی مناسب جریان پرداخته شده است. در انتها نیز اثر پلکانی کردن پروفیل اوجی سرریز به منظور کاهش تلاطم و نوسانات فشار کانال جانبی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که روش پیشنهادی در مقایسه با سرریز های اوجی شرایط جریان را بهبود می بخشد.

در پرش هیدرولیکی ، اگر عمق پایاب بزرگتر از عمق پایاب مورد نیاز پرش آزاد شود، پرش به شکل مستغرق اتفاق می افتد. در این تحقیق بر روی یکی از انواع انرژی کاهندهها به نام بلوک های میانی حوضچه آرامش در حالت پرش مستغرق مطالعه عددی صورت گرفت. نتایج صحتسنجی نشان داد که این نرمافزار از دقت خوبی برای مدلسازی جریانهای آشفته برخوردار است. در ادامه مطالعه پارامتریک به منظور بررسی مکانیزم استهلاک انرژی سازه و میزان کاهش طول پرش مورد انجام شد. همچنین برای درک بهتر موضوع، مدل آزمایشگاهی مطالعه حاضر ساخته و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که اولاً پرش در حالت مستغرق به همراه بلوک های میانی تنها می تواند به دو شکل اتفاق بیافتد؛ جریان منحرف شده به سطح (dsj) و یا به صورت جت دیواره ای دوباره متصل شونده (rwj). رژیم dsj هم از نظر استهلاک انرژی و هم کاهش طول پرش عملکرد بهتری را نسبت به رژیم rwj نشان داده است. در رژیم dsj افزایش عدد فرود جت ورودی و کاهش فاصله بلوک ها از دریچه باعث افزایش استهلاک انرژی می شود. در مقابل دیده شد که شیبدار کردن وجه پشتی و افزایش ارتفاع بلوک ها بیش از ضخامت جت ورودی تأثیر مفیدی در روند استهلاک انرژی نخواهد گذاشت. همچنین فاصله بلوک ها از دریچه با اندازه طول پرش رابطه مستقیم دارد؛ به طوری که با کاهش این فاصله در رژیم dsj نسبت به پرش مستغرق بدون بلوک تا 60% هم می توان کاهش طول پرش را مشاهده نمود. با این وجود افزایش ارتفاع و شیبدار کردن وجه پشتی بلوک ها تأثیر چندانی بر مقدار طول پرش نیز نمی گذارند.

با توسعه سریع صنایع دریایی در سه دهه گذشته، استفاده از خطوط لوله به عنوان سیستم بهینه انتقال گاز و نفت خام از سکوهای نفتی فراساحل رواج گسترده ای یافته است. قرارگیری لوله بر بستر دریا و تأثیر آن بر رژیم جریان های موضعی منجر به وقوع مشکلات متعددی از قبیل آب شستگی اطراف لوله و ایجاد دهانه های آزاد، تحمیل بارهای نوسانی و بروز خستگی و در نهایت آسیب جدی خط لوله و تحمیل هزینه های اقتصادی و زیست محیطی می گردد. با توجه به اهمیت سازه لوله در کشور ایران به عنوان یکی از صاحبان بزرگ منابع نفت و گاز جهان، انجام مطالعات تکمیلی که بتواند در پیش بینی پدیده آب شستگی و بارهای وارده بر لوله مورد استفاده قرار گیرد ضروری می باشد. پژوهش حاضر، به منظور کمک به درک اندرکنش لوله- جریان و لوله- جریان- بستر ماسه ای به شبیه سازی دو بعدی جریان پیرامون خط لوله واقع بر بستر صلب و آب شستگی اطراف لوله تحت جریان پایدار با استفاده از مدل عددی flow-3d می پردازد. مدل آشفتگی به منظور ارزیابی مدل در محاسبه سرعت جریان اطراف لوله مورد استفاده قرار گرفته و نتایج حاصله با داده های آزمایشگاهی مطابقت داده شده است. مقایسه های انجام شده بیانگر آن است که دقت مدل در پیش بینی سرعت بالادست بسیار خوب بوده و در پایین دست نیز از دقت قابل قبولی برخوردار می باشد. اثر فاصله لوله از بستر بر بسامد گردابه های پایین دست بررسی و ملاحظه گردید با افزایش فاصله لوله از بستر از یک حد مرزی به بعد تغییری در بسامد فرآیند گردابه فکنی به وجود نخواهد آمد. اثر زبری لوله بر پدیده گردابه فکنی با استفاده از مدل های آشفتگی و rng مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده گردید با افزایش زبری لوله بسامد و دامنه نوسان گردابه های پایین دست افزایش می یابد. همچنین بررسی های انجام شده نشان می دهد با دور شدن لوله از بستر، سرعت جریان در شکاف بین لوله و بستر کاهش یافته و تنش برشی بستر در مجاورت لوله به تنش برشی جریان دست نخورده نزدیک می شود. طول ناحیه چرخشی بالادست و پایین دست با استفاده از مدل های آشفتگی و rng بررسی و ملاحظه گردید محاسبات مدل rng به داده های آزمایشگاهی نزدیک تر است. به منظور مطالعه آب شستگی تحت جریان، مدل آزمایشگاهی mao (1986) در شرایط بستر فعال با استفاده از مدل های آشفتگی و rng گردید. مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی عددی آب شستگی اطراف لوله نشان داد که محاسبات مدل عددی در شرایط بستر فعال از دقت مناسب برخوردار می باشد. از بین پارامترهای موثر بر پروفیل نهایی آب شستگی، اثر قطر لوله و قطر متوسط ذرات رسوب بر عمق حداکثر و طول حفره آب شستگی بررسی و دقت نتایج حاصله در مقایسه با روابط آزمایشگاهی قابل قبول ارزیابی گردید. البته با افزایش قطر متوسط ذرات رسوب و کاهش عدد شیلدز، عمق بی بعد آب شستگی پیش بینی شده توسط مدل عددی کم تر از نتایج آزمایشگاهی بوده و پس از برقراری شرایط آب زلال هیچ گونه آب شستگی اطراف لوله مشاهده نمی شود. به طور کلی نتایج حاصله از پژوهش بیانگر آن است که مدل عددی flow-3d تنها در شرایط بستر فعال قادر به پیش بینی پدیده آب شستگی اطراف لوله می باشد.

در این تحقیق، بصورت آزمایشگاهی حالتهایی از ترکیب سازه هایی شامل آبشکن، صفحات مستغرق و آستانه جهت کنترل رسوب بستر در آبگیری از کانال مستقیم، مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق بستر ماسه ای و فرم انتقال بار بستر بصورت دیون می باشد و رسوب از طریق سیستم چرخشی رسوب در بالادست تزریق می شد. در ابتدا، آزمایشهای شاهد، در حالت بدون هر گونه سازه کنترل رسوب و زاویه آبگیری 90 درجه و در تمام نسبتهای آبگیری (qr) و نسبتهای رسوب به جریان (qsr) مورد تحقیق انجام شد. سپس آزمایشها در دو مرحله انجام شد. مرحله اول شامل دو سری آزمایش بود. در سری اول سه حالت بررسی شد: 1- حالت آستانه (نصب در ورودی دهانه آبگیر) 2- حالت آستانه و آبشکن (نصب تک آبشکن در ساحل مقابل آبگیر) 3- حالت آستانه، آبشکن و صفحات مستغرق (نصب صفحات در نوار جلوی دهانه آبگیر) که در آنها تاثیر qr و هر یک از سازه های مذکور بررسی شد. در سری دوم در حالت وجود آستانه و آبشکن و حالت آستانه، آبشکن و صفحات مستغرق تاثیر qr ، qsr و زاویه آبگیری (?) بر کنترل رسوب بررسی شد. موقعیت، آرایش و ابعاد سازه ها در هر یک از سریها ثابت و بر اساس نتایج تحقیق دیگران طراحی شده است. علاوه بر پارامترهای کنترل رسوب که شامل نسبت رسوب انحرافی به آبگیر (gr) و حجم رسوب مانده در آبگیر (vr) می باشد، توپوگرافی بستر و عرض جدایی جریان نیز در این مرحله آزمایش برداشت شده است که نقش موثری در تجزیه و تحلیل نتایج داشته است. در مرحله دوم آزمایشها، در سه آزمایش در اطراف آبگیر در کانال اصلی الگوی جریان با بستر فریز شده، مورد بررسی قرار گرفت.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

تحقیق در مورد شکست سد (dam break) و بررسی موضوعات مختلف راجع به آن چه د زمینه های هیدرولیکی و چه در زمینه های سازه ای توسط محققان زیادی صورت گرفته است و به نتایج مثبتی هم رسیده اند. یکی از موضوعات جالب در زمینه هیدرولیکی مربوط به سد، بررسی جریان آب پشت سد، بعد از شکست آن می باشد. از آنجایی که بر مساله جریان شکست سد معادلات پیچیده ای حاکم می باشند که قابل حل به شکل تحلیلی نمی باشند، بنابراین لازم است که این معادلات به روش عددی حل شوند. روش عددی که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است شامل سه موضوع کلی می باشد. 1)شبکه بندی سیال 2)حل معادلات حاکم 3)محاسبه سطح آزاد. در ابتدای حل، میدان محاسبه با استفاده از یک شبکه مستطیلی متغیر ترسیم می گردد. سپس در این میدان محاسبه، معادلات حاکم در حالت جریان لایه ای (معادلات ناویر- استوکس) با روش حجم محدود و با استفاده از الگوریتم simple حل می شوند تا میدان سرعت و فشار محاسبه گردند. بعد از تعیین فشار و سرعت نوبت به محاسبه ارتفاع سطح آزاد از یک سطح مبنا می رسد که این کار با یک روش عددی خاص بنام روش حجم سیال (vof) انجام می شود. این روش از یک متغیر حجمی پیشرونده با سیال استفاده کرده و به کمک آن سلولهای سطحی را مشخص می کند. از مزایای این روش می توان به ساده و دقیق بودن آن اشاره کرد. زیرا هم سطح آزاد را با روابط ساده بیان می کند و هم فشار سلولهای سطحی را با استفاده از فشار سلولهای پرمجاور محاسبه می کند. همچنین می توان تنش سطحی را در فشار سلولهای سطحی وارد نمود. در نهایت ، یک برنامه کامپیوتری برای این روش ارائه گردیده و به کمک آن حالت خاصی از مساله شکست سد که در مقالات موجود بوده حل شده و با نتایج عددی و آزمایشگاهی موجود مقایسه شده است .

وقوع ضربه قوچ در مسیر خطوط انتقال آب نیروگاههای آبی بخصوص در مواقعی که طول خطوط زیاد بوده و همچنین بار بطور ناگهانی باشد امری اجتناب ناپذیر است . یکی از راههای کاهش اثرات این پدیده، احداث مخزن موجگیر در مسیر انتقال آب می باشد. مخزن موجگیر باعث استهالاک نوسانات جرم ناشی از ضربه قوچ می گردد. استهلاک بیشتر نوسانات موجب می شود که امواج فشاری کمتری به داخل تونل یا لوله کم فشار در بالا دست مخزن موجگیر منتقل گردد و جداره آن در مقابل پائین تری طراحی گردد و بالتبع هزینه های اجرای خطوط لوله که معمولا طول زیادی خواهند داشت بطور قابل توجهی کاهش خواهند یافت . از طرفی چنین طرحی دارای مخزن حجیم تر و در نتیجه پرهزینه تری خواهد بود. لذا ضرورت دارد در طراحی هر یک از بخش های فوق که شدیدا متاثر از یکدیگر می باشند، هزینه های اجرایی مورد توجه قرار گرفته و طرحی که دارای حداقل هزینه ها می باشد انتخاب گردد. در میان انواع مخزن موجگیر، نوع دیفرانسیل آن دارای عملکرد بهتری از نظر هیدورلیکی می باشد. انتخاب صحیح پارامترهای طراحی مخزن موجگیر دیفرانسیل عبارتند از قطر مخزن اصلی، قطر لوله رایزر، سطح مقطح روزنه ها، ارتفاع مخزن اصلی و ارتفاع رایزر. با تغییر پارامترهای فوق در محدوده مجاز طراحی به طرحهای مختلفی دست خواهیم یافت که گر چه از نظر هیدرولیکی می توانند قابل قبول باشند ولی از نظر اقتصادی و هزینه های اجرایی با هم متفاوت می باشند. از میان آنها طرحی که دارای کمترین هزینه اجرایی باشد بعنوان طرح بهینه انتخاب می گردد. هدف از انجام این پایان نامه، تدوین یک برنامه کامپیوتری با استفاده از الگوریتم بهینه سازی غیر خطی بهینه مخازن موجگیر دیفرانسیل می باشد. در این الگوریتم از روش تابع جریمه برای تبدیل مسئله بهینه سازی مفید به مسئله بهینه سازی بدون قید استفاده شده است . با اجرای این برنامه می توان در کمترین زمان به طراحی بهینه مخزن موجگیر دیفرانسیل دست یافت .

یکی از اجزای اصلی سد، سرریز است که وضعیت هیدرولیکی آن، نقش بسزایی در پایداری و ایمنی سد دارد. در اکثر مواقع، مشخصه های هیدرولیکی جریان بکمک مدل فیزیکی تعیین می شود که نیاز به وقت و هزینه زیادی دارد، ولی با ارائه روشهای عددی جدید در حل معادلات دیفرانسیل، مدلهای ریاضی سرریز مورد توجه قرار گرفته است . یکی از کاراترین مدلهای ریاضی سرریز، مدل معادلات ممان و میانگین عمقی است که به روش مانده های وزن دار از معادلات دو بعدی رینولدز استخراج می گردد و با فرض تغییرات درجه دو برای توزیع سرعت قائم و فشار، و تغییرات خطی برای سرعت افقی تقریب زده می شود. دستگاه معادلات حاصل با توجه به نوع جریان (غیر دائمی) بکمک روشهای المان محدود "پراکنش ویژه گالرکین" و تفاضل محدود "ضمنی" گسسته و به روش "نیوتن - رفسون" خطی می گردد. در نهایت بر اساس شرایط مرزی و اولیه، دستگاه معادلات بصورت غیر دائمی تحلیل و به حل حالت پایدار همگرا می شود. برای شبیه سازی جریانهای متغیر سریع در سازه های هیدرولیکی و پیش بینی مشخصات هیدرولیکی جریان (توزیع قائم سرعتهای افقی و قائم، فشار و برش وکف)، مدل توانایی قابل ملاحظه ای دارد. در کاربرد آن محدودیتی (شیب کف ، نسبت طول موج به عمق جریان و ...) وجود ندارد و می توان برای تحلیل دوبعدی میدانهای سرعت موضعی یا موجهای شکننده و کوتاه استفاده کرد.

تشکیل گرداب در دهانه آبگیرهای تحت فشار سدها باعث بروز صدماتی در تاسیسات برق آبی می گردد. این پدیده تاکنون به اشکال مختلف توسط محققان مورد بررسی قرار گرفته است و به منظور اجتناب از خسارات ناشی از تشکیل آن معیارهای متنوعی ارائه گردیده است . در این پژوهش سعی بر آن شده که ضمن ارائه تجارب محققان مختلف پارامترهای موثر بر پدیده گرداب به صورت کامل تر مورد بررسی قرار گیرد. دو پارامتر عمده که تمامی محققان بر اثر آنان در تشکیل گرداب هم عقیده اند، عدد فرو در لوله آبگیر و عمق استغراق در دهانه آبگیر می باشد. اما در آبگیر نیروگاه محدود کردن عدد فرود و یا عدد استغراق بحرانی جریان، تاثیر عمده ای بر راندمان نیروگاه خواهد گذاشت . از این رو در این پژوهش پارامتر دیگری به نام نسبت تقارن بر راندمان نیروگاه خواهد گذاشت . از این رو در این پژوهش پارامتر دیگری به نام نسبت تقارن توزیع سرعت جریان نزدیک شونده، مورد بررسی قرار گرفته است . این نسبت که با ضریب چولگی توزیع سرعت جریان در کانال تقرب مورد استفاده قرار گرفته است ، اثر محسوسی بر شکل گیری و تشدید گرداب دارد، که این موضوع توسط داده های آزمایشگاهی نشان داده شده است .

با توجه به اهمیت تحلیل هیدرولیکی جریان غیردائم در مجاری بسته، کاربرد روش های حل عددی پیشرفته و به منظور حل معادلات کامل حاکم بر اینگونه جریان ها (معادلات saint - venant) مورد توجه جدی قرار گرفته اند. از میان روش های حل عددی موردنظر، الگوی چهار نقطه ای preissmann بدلیل پایداری عددی و تطابق خوب آن با واقعیت در سطح وسیعی مورد استفاده قرار گرفته است . از طرف دیگر تحلیل اینگونه جریان ها تحت شرایط توام جریان با سطح آزاد و در حالت تحت فشار (surcharge) دارای پیچیدگی هایی می باشد که تجزیه و تحلیل را دشوار می سازد. روش شکاف باز فرضی preissmann یکی از روشهای مناسب برخورد با این مسئله می باشد. در این پایان نامه به کمک الگوی عددی preissmann و فرض شکاف باز، برنامه ای ارائه می گردد که قادر به تحلیل جریان غیر دائم در یک مجرای بسته تحت شرایط تام با سطح آزاد و در حالت تحت فشار می باشد.

جریان غیردائمی عبارت از جریانی است که در یک مقطع، عمق یا دبی یا هر دو با گذشت زمان، تغییر نماید. یکی از حساس ترین موارد کاربرد این نوع جریان ها، بررسی اثرات حرکت سیل در مجاری طبیعی و رودخانه ها می باشد. معمولا تحلیل جریان غیردائمی پیچیده تر از جریان های دائمی می باشد زیرا شرایط جریان غیردائمی تابع زمان و مکان است و وضعیت جریان با معادلات دیفرانسیل جزئی بیان می گردد. در این پایان نامه به بررسی جریان های غیردائمی زیر بحرانی در شبکه کانال های با مقاطع نامنظم هندسی (رودخانه و مجاری طبیعی) پرداخته می شود و با استفاده از روش عددی تفاضل های محدود یک مدل ریاضی تک بعدی ارائه می شود تا مقادیر عمق آب و میزان دبی در شبکه ای از کانال ها (شاخه ای و حلقوی) در زمان های مختلف و در نقاط مختلف را محاسبه نماید. الگوی محاسباتی مورد استفاده برای منطقی کردن معادلات دیفرانسیل جزئی، الگوی 6 نقطه ای ابوت - یونسکو می باشد این شبکه ها می توانند دارای شرایط مرزی مختلف بوده و شکل هندسی مقاطع کانال های غیرمنظم باشد. همچنین مدل قادر به در نظر گرفتن سازه های کنترل در نقاط مختلف شبکه و بررسی تاثیر آنها بر رژیم جریان است . نتایج حاصل از تحقیق نشان می دهد که الگوی مورد استفاده به خوبی می تواند در تحلیل جریان غیردائمی زیربحرانی و روندیابی سیلاب رودخانه ها با شرایط مرزی متنوع بکار رود.

در این پایان نامه در آغاز به بررسی اثرات و تبعات برداشت بی رویه شن و ماسه از رودخانه ها و همچنین توصیه هایی جهت محل برداشت شن و ماسه پرداخته شده و سپس مطالعات و تحقیقات انجام شده در این زمینه در سه قسمت بررسیهای فیزیکی ، تحلیلی و عددی معرفی شده اند.

در این پایان نامه در آغاز به اثرات و تبعات برداشت و بی رویه شن و ماسه از رودخانه پرداخته شده و آثار این امر از جنبه های مختلف مورد توجه قرار گرفته است سپس به بررسی مطالعات و تحقیقات انجام شده در این زمینه پرداخته شده است و در این راه مطالعات به دو دسته مطالعات انجام شده درداخل و خارج کشور تقسیم گردیده و به هر یک به تفکیک پرداخته شده است.محور اصلی این پایان نامه که بررسی جابجایی حفره ناشی از برداشت شن و ماسه از کانال می باشد، در ادامه مورد بحث و تجزیه و تحلیل واقع شده است در این راه بررسی تاثیر نسبت طول به عرض حفره های مستطیلی با عمق ثابت، بر روی سرعت مهاجرت این حفره ها در بستر ماسه ای بررسی گردیده است. پریود مهاجرت حفره به دو پریود انتقال و پخشیدگی تفکیک شده و در هر یک از این پریودها روابطی برای محاسبه سرعت مهاجرت مرز بالادست و همینطور نقطه قعر حفره ارائه گردیده است. همچنین تاثیر ابعاد حفره در سرعت پر شدن حفره مورد مطالعه واقع شده است. با توجه به آزمایشات صورت گرفته، افزایش عرض باعث کاهش، و افزایش طول، باعث افزایش سرعت مهاجرت حفره در پریودهای انتقال و پخشیدگی میگردد. همچنین افزایش طول و عرض باعث کاهش نرخ پرشدن حفره میگردد، که در این میان تاثیر عرض عمده تر بنظر می رسد