محاكاة النحر المتكون في الهدار الشقي بالنماذج الفيزيائية والرياضية

الباحث

رؤى خالد حمدان

المشرف

عقيل شاكر غني - ثامر احمد محمد

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة المدنية / الهندسة المدنية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Local scour;Slit weir;Physical model;Mathematical model

يؤدي تراكم الترسبات حول مأخذ خزانات السدود في جميع أنحاء العالم إلى فقدان السعة الخزنية ، وبالتالي فإن تراكم الرواسب حول المآخذ يعتبر تحديًا رئيسيًا في الهندسة الهيدروليكية والتي بدورها تتطلب تقنيات اقتصادية في اطلالق الرواسب. بالرغم من ان الدراسات السابقة في جميع أنحاء العالم قد تبنت عملية إزالة الرواسب من الخزانات وتفعيل عملية النحر حول المنشأت الهيديروليكية بطرق مختلفة ، ولكن اعتماد هدار بفتحة ضيقة هو خيار اقتصادي بديل و لكنه لم يتم السبيطرة بشكل كامل على الصعوبات في تخمين الية النحر. في هذه الدراسة ، تم إجراء ثمانية وستين اختبارًا تجريبيًا ورياضيا ¢ بهدف دراسة العوامل ذات التأثير المباشر في الية النحر وازالة الرسوبيات ، حيث تناولت هذه الدراسة تأثير معدل التدفق ، موقع الهدار ، أبعاد فتحة الهدارء حجم حبيبات الرواسب وانتظاميتها على حجم النحر المتكون عند المنشأ الهيدروليكي. تم استخدام خطوات التحليل البعدي أولاً لتحديد المتغيرات المهيمنة وذات التأثير على العمل المختبري ولتقييم علاقة حجم النحر مع كل متغير بشكل منفصل حيث تراوحت قيم معاملات الترابط الاحصائية لهذه العلاقات ضمن (0.85-0.99). تم اجراء التجارب المختبرية في قناة مختبرية خاصة بوزارة الموارد المائية. شملت التجارب المختبرية مواد قاع منتظمة ذات حجم 4 ملم مع انحراف معياري 1.28 ، و مواد قاع غيرمنتظمة ذات حجم 0.24 ملم مع انحراف معياري 155 مواد قاع منتظمة ذات حجم 0.55 ملم مع انحراف معياري 1.26 و مواد قاع غير منتظمة ذات حجم 0.55 ملم مع انحراف معياري 1.6. تم اختبار المتغيرات المذكرة من خلال اربع وستون تجربة في ظروف الجريان المنتظم المستقر و اربعة تجارب في ظروف الجريان الغير مستقر.تباينت التصاريف المستخدمة للتجارب بين )0.125 - 0.034) متر مكعب / ثانية حيث تم اختبارها مع أربعين تجربة لموقع الفقتحة في المركز والجانب من الهدارة عندما يكون مستوى قاعدة الفتحة بنفس مستوى سطج الرسوب. بينما تم اختبار قيم قصوى للتدفق مع أربع وعشرين اختبارًا عندما تكون قاعدة الفتحة بارتفاعات مختلفة. يتم تسجيل قياسات متكررة للتغير الطبوغرافي مع مرور الوقت في منطقة السد او الهدار لغاية الوصول إلى ls التوازن التي تم تحقيقها في غضون pte ساعات من بدء كل اختبار. تم اقتراح علاقة جديدة لتقفدير حجم النحر بناءً على الاختبارات التجريبية لتحسين التنبؤ بالنحر حسب كل متغير مدروس. من خلال تحليل النتائج المستحصلة لحجم وعمق النحر وبمساعدة البرنامج الاحصائي SPSS 26 Statistics 1821 تم التوصل الى معادلات غير خطية تمثل علاقة حجم النحر مع كافة المتغيرات المؤثرة حسب موقع الفتحة ونوع مواد القاع المستخدمة حيث كانت ضمن معاملات ترابط احصائية مقبولة جدا تراوحت بين (0.97- 0.92). بالاضافة الى التجارب المحتبرية تم استخدام برنامج FLOW 3D ، للتحقق من امكانية استخدامة ومدى صحة وتقارب قيم المحاكاة الرياضية مع النتائج والقياسات المختبرية، حيث تم بدأ معايرة البرنامج لفترات زمنية مختلفة بالاضافة الى تغيير معاملات خشونة وحجم حبيبة الرسوبيات لتقليل الخطأ المتوقع بين الظروف المختبرية والظروف القياسية. بعد اجراء المحاكاة لاكثر من موديل رياضيء تم اختيار موديل النحر الخاص بمعادلات (1984 (Meyer- Peter and Muller, حيث كانت النتائج ضمن مؤشرات عالية لتحليل الحساسية ومن ثم تم اجراء التأكد رياضيا من قيم عمق وحجم النحر بمقارنة النتائج المستحصلة من نموذج المحاكاة مع تلك المقاسة من التجارب حيث أظهرت توافقًا جيدًا في النتائج ضمن حد أقصى للتناقض قدره 75.8 ، و 5.1/ لعمق النحر مع مواد القاع المنتظم و غير المنتظم . علاوة على ذلك ، تم فحص السرعة والطاقة الحركية (إجهاد القص) عند فتحة الهدارة عدديًا. بينت نتائج هذه الدراسة ان اعظم حجم للنحر في مواد القاع تحقق عند استخدام مواد قاع بحجم ناعم ومنتظم وعندما تكون فتحة الهدارةبارتفاع مساو لارتفاع سطح مواد القاع وتكون الفتحة مثبة في منتصف القناة المختبرية.

Sedimentation in reservoirs caused loss of reservoir storage capacity, thereby sediment accumulation around the intakes considers a major challenge in hydraulic engineering which required an economical technique in sediment releases. Worldwide previous studies embrace reservoir sediment removal and scour around hydraulic structure, however adopting a slit weir is an economic alternative. Thus, the problems of scour prediction upstream of a slit weir, have still not been completely controlled because of the difficulties in understanding the mechanisms of scour development as well as the lack of concerning issue. In this study, a total of sixty-eight tests were carried out experimentally and mathematically. To investigate the effect of flow rate, weir location, weir dimensions, sand size, and sand uniformity on the scour dimensions generated upstream of a slit weir. Dimensional analysis was implemented first to examine the governing variables and to present relationships between scour hole size and other governing variables. A working section with a mobile bed was located at the end of the flume upstream of a slit weir. The working section was a 2 m length, 1.25 m wide, and 0.3 m deep. To study the impact of sediment coarseness and uniformity, the working section was filled with uniform sand of d50= 0.24 mm and particle σg of 1.28, as well as the d50= of 0.55 mm with a particle σg of 1.26. Then changed into non-uniform sand of the same sizes and with a particle σg of 1.55 and 1.6 respectively. The scour was tested under clear water scour for steady and unsteady flow conditions. The tests were conducted for different flow rates ranging from 0.125 to 0.034 m3/s in addition, the impact of slit location (at the center of the flume and at the side of the flume) on the size of the scour hole was studied. Frequent measurements of the bed change upstream of a slit weir were conducted at a time interval of 1 hour until the equilibrium condition for the scour hole was achieved. Also, the results of the experiment were deliberated analyzed, and adopted in a multi- non-linear regression analysis. A new relationship between scour volume and the studied variable was proposed for improving scour prediction with four empirical relationships derived based on an experimental measurements for uniform and nonuniform sediments at center and side flume-locations with a coefficient of determinations R2 of 0.99. 0.97 and 0.98. The trend of the empirical relations demonstrates the effect of the studied variables. The results shows that the increment in flow rate caused an increase in scour volume, as well as the sediment uniformity variable was positively proportioned to the scour volume. In contrast to the sediment coarseness and slit crest height, which showed a negative impact on scour volume upstream of the slit weir when it increased. CFD based mathematical simulations using FLOW 3D software were calibrated and validated and then used to predict the flow condition that are not studied by using the physical model. Furthermore, the CFD based model was calibrated with the measured data of scour depth for different duration-time and bed roughness/d50 values. The selection of the sediment scour model was according to the best acceptable indicators of a sensitivity analysis. Therefore, the turbulence model and Meyer- Peter and Muller (1984) sediment scour model were selected with Nash-Sutcliffe and Mean Absolute Percentage Error of 0.9 and 5.0 respectively.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب