توصیف احتمالاتی انتقال بار بستر بعد از آستانه در یک بررسی آزمایشگاهی با استفاده از روش ردیابی سرعت ذره
نویسندگان
1 دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد
2 دانشیار گروه علوم و مهندسی آب ، دانشگاه فردوسی مشهد
3 استادیار/ دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه گلسگو، گلسگو، اسکاتلند
4 گروه مهندسی سازههای آبی، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گلستان، ایران
doi
10.22060/ceej.2021.19759.7253چکیده
حرکت رسوب با اهمیت فراوانی که در مهندسی و علم هیدرولیک دارد فیزیک کاملاً شناخته شدهای ندارد. نادیده گرفتن حرکت نوسانی و طبیعت ناپیوسته انتقال بار بستر، کاربرد روابطی که بر این اساس برای تخمین بار انتقال رسوب ارائه شدهاند را دچار چالش کرده است. این پژوهش سعی دارد حرکت غیرمعلق (حرکت بار بستر) یک ذره با وزنهای متفاوت را در شرایط مختلف جریان با استفاده از تکنیکهای رهگیری ذره، مورد کاوش قرار دهد و آن را در قالب توابع توزیع احتمالاتی توصیف کند. با مشخص شدن رفتار آماری در رابطه با عامل یا عوامل مؤثر انتقال در رژیمهای مختلف انتقال رسوب، میتوان اظهار نظر دقیقتری داشت. در این راستا با استفاده از تکنیک رهگیری ذره (PTV)، موقعیت ذره در هر سری آزمایش مشخص شد. در نهایت با محاسبه سرعت لحظهای ذره توابع توزیع احتمالاتی مختلف بر دادهها برازش داده شد تا بهترین تابع با توجه به معیار سنجش آماری کولموگروف-اسمیرنوف (در سطح اطمینان 5 درصد) انتخاب شود. نتایج نشان داد که انتقال ذره در اعداد رینولدز پایین جریان از تابع توزیع لوگ-نرمال و در اعداد رینولدز جریان بالا از تابع توزیع نرمال تبعیت میکند. همچنین به وسیله این مشاهدات در رابطه با عامل حرکت در شرایط مختلف رژیم انتقال رسوب بحث شد که با توجه به ویژگیهای توابع توزیع احتمالاتی به دست آمده، انتقال رسوب در شرایط آستانه با عاملیت ارتباط ذره-بستر و در شرایط تعادلی تحت نیروهای سیال انجام میشود. در انتها با توجه به تفاوت رفتار حرکت رسوب در رژیم انتقال ضعیف و تعادلی میتوان دو پارامتر آستانه معرفی کرد. با توجه به اهمیت کاربرد نتایج در مهندسی، به دلیل اینکه قالب پژوهش، قالب آماری و توصیف پدیده تصادفی بوده است میتوان با در نظر گرفتن شرایط مختلف انتقال رسوب (با نمایندگی پارامتر عدد رینولدز ذره) احتمال وقوع سرعت ذرات را با استفاده از توابع توزیع ارائه شده، تخمین زد. همچنین نتایج این پژوهش در شرایط هیدرولیکی مشابه از جمله پژوهشهای اکو-هیدرولیک و تونل باد قابل استفاده میباشد.
