تاثير نيروي لورنتس بر الگوي آب‌شستگي موضعي در اطراف پايه استوانه‌اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

آب‌شستگي پديده‌اي است كه دراثر اندركنش آب و خاك، بستر رودخانه يا سواحل دچار تغييرات مي‌شوند. آب‌شستگي يكي از علت‌هاي اصلي تخريب پروژه‌هاي مرتبط با مهندسي رودخانه است. جريان سه‌بعدي سيال در اطراف پايه پل هم‌زمان با انتقال رسوب و تغيير مداوم مرزهاي جريان سيال موجب پيچيدگي الگوي آب‌شستگي شده و تحليل پديده را به روش‌هاي عددي و تحليلي مشكل مي‌سازد. از اين‌رو اغلب پژوهش‌ها بر منوال تحقيقات تجربي است. تاكنون روش‌هاي زيادي براي تغيير الگوي جريان سيال و كنترل آب‌شستگي در پايه‌هاي پل استفاده شده است. در تحقيق حاضر از روش كنترل فعال، به‌واسطه‌ي نيروي الكترومغناطيس لورنتس در فرآيند آب‌شستگي به‌كارگرفته شده است. مدل فيزيكي در آزمايشگاه هيدروليك دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي اصفهان ساخته شد. آزمايش‌ها در كانال با مقطع مستطيل با عرض 31/0 متر، ارتفاع 30/0 مترو طول 7/5 متر انجام شد. از پايه‌ استوانه‌اي از جنس پلي‌اتيلن به قطر 25 ميلي‌متر و ارتفاع 300 ميلي‌متر استفاده شد. براي جايگذاري عملگرالكترومغناطيس در پايه‌ استوانه‌اي از چيدمان نواري قطعات الكترود مسي و آهنربا با عرض 5 ميلي‌متر و طول 150 ميلي‌متر استفاده شد. از دو دانه‌بندي با قطر متوسط 2/0 و 3/0 ميلي‌متر و چگالي نسبي 77/2 استفاده شد. آزمايش‌هاي آب‌شستگي در آب زلال در حضور نيروي لورنتس و در دو جهت رو‌به‌بالا و روبه‌پايين در سيال سديم هيدروكسيد با رسانايي 3 زيمنس برمتر و با اعمال ولتاژ ثابت 30 ولت در مدت زمان يك ساعت انجام شد. همچنين آزمايش‌هايي در سيال آب شرب با شرايط مشابه آزمايش‌هاي آب‌شستگي در سيال سديم هيدروكسيد انجام شد. به‌كاربردن نيروي لورنتس مماسي بر‌روي پايه‌ استوانه‌اي سبب اعمال شتاب 45/0 متربرمجذور ثانيه به سيال سديم هيدروكسيد شد.در آزمايش آب‌شستگي در سيال سديم هيدروكسيد با تنظيم جهت نيروي لورنتس موافق نيروي ثقل، شتاب افزاينده موجب افزايش سرعت جريان سيال پايين‌رونده و افزايش 10درصدي طول، عرض و عمق بالادست چاله‌ي آب‌شستگي شد. در اين حالت، به دليل انحراف رو‌به‌پايين زاويه جريان سيال جدا شده از پايه، انتقال رسوب در پايين‌دست 15 درصد كاهش يافت. با تنظيم جهت نيروي لورنتس مخالف جهت نيروي ثقل، شتاب كاهنده باعث كاهش سرعت جريان سيال پايين‌رونده كاهش 10 درصدي طول، عرض و عمق بالادست و افزايش 30 درصدي عمق پايين دست چاله‌ي آب‌شستگي را به دنبال داشت. نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش عمق جريان سيال باعث افزايش كارايي نيروي لورنتس براي تغيير الگوي و كنترل آب‌شستگي است. همچنين نتايج تحقيق حاضر نشان داد كه، عمق چاله‌ي آب‌شستگي در حضور نيروي لورنتس خلاف جهت جريان پايين رونده در سيال سديم هيدروكسيد، از عمق چاله آب‌شستگي در سيال آب شرب به دليل اثرات لزجت 6 درصد بيشتر است.

215561

آب و سازه هاي هيدروليكي

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

حسين احمدوند

محمدنويد مقيم، مهدي اژدري مقدم

محمدرضا چمني