در این تحقیق الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل مستقر در کانال قوسی 90 درجه با استفاده از نرم‌افزار FLOW-3D در شرایط تغییر موقعیت آبشکن در طول قوس (زوایه‌های: 15، 30، 45، 60 و 75 درجه) با بستر صلب مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی در شرایط مشابه (در زاویه استقرار 45 درجه) با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نتایج این مقایسه نشان داد که نتایج عددی و آزمایشگاهی از تطابق نسبتا مناسبی برخوردارند. بنابراین پس از تایید صحت نتایج عددی، به بررسی خطوط جریان، طول نواحی جدایی و اتصال مجدد جریان و طول گردابه‌ها تحت تاثیر موقعیت‌های مختلف استقرار آبشکن پرداخته شد. نتایج حاصل از مدل­سازی عددی نشان داد که در لایه‌های نزدیک به کف و سطح آب، برای تمامی زوایای استقرار آبشکن به جز موقعیت 75 درجه، در پایین دست آبشکن یک گردابه پادساعت­گرد تشکیل شده است. علاوه بر این، با تغییر موقعیت آبشکن از ورودی کانال به سمت خروجی کانال، در لایه نزدیک به کف کانال بیش­ترین طول گردابه (به طول 7/4 برابر طول آبشکن) برای حالت استقرار آبشکن در موقعیت 15 درجه و کم­ترین طول گردابه (به طول 9/1 برابر طول آبشکن) در موقعیت 75 درجه رخ داده است.

آبشکن‏ها، یکی از انواع سازه‌های هیدرولیکی مورد استفاده در رودخانه می‌باشند که برای حفاظت از سواحل رودخانه، انحراف جریان از کناره‌ها و هدایت آن به سمت مجرای اصلی به کار می‌روند. درنتیجه انحراف جریان، یک ناحیه چرخشی متلاطم در پیرامون آبشکن ظاهر می‌شود. به همین دلیل، برای جلوگیری از فرسایش موضعی دماغه آبشکن را پهن‌تر و به‌صورت سرسپری در نظر می‌گیرند. در این مقاله به بررسی الگوی جریان پیرامون آبشکن سرسپری مستغرق 25 درصد واقع در موقعیت 45 درجه و مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب و با شعاع انحناهای نسبی مختلف 2، 3، 4 و 5 و با دبی ثابت 25 lit/s با استفاده از نرم‌افزار Flow-3D پرداخته شده است. نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج بیانگر این است که با افزایش شعاع انحنا، تعداد گردابه‌ها در مقاطع عرضی نزدیک به بال آبشکن و همچنین سرعت عرضی جریان افزایش‌یافته و محل بیشترین سرعت عرضی در بالادست بال آبشکن سرسپری به وجود آمده است. همچنین مشاهده شد که هر چه شعاع انحناء نسبی کمتر باشد، ناحیه وسیع‌تری در پایین‌دست آبشکن دارای سکون نسبی جریان خواهد بود.

در این مقاله مدل عددی SSIIM توسط مدل آزمایشگاهی صحت‌سنجی شده و توپوگرافی بستر و مولفه‌های سه بعدی سرعت با هم مقایسه شده‌اند. بدین منظور مدلسازی بر اساس کانال آزمایشگاهی، در نرم‌افزار صورت گرفته که شامل نصب عمودی یک آبشکن سرسپری غیر مستغرق (با نسبت طول بال به طول جان برابر) در کانالی با بستر متحرک واقع در زاویه 45 درجه یک قوس 90 درجه است. صحت سنجی در انحنای نسبی معادل با 4 صورت گرفته و نتایج آن در مقاطع طولی، عرضی و عمقی از کانال مقایسه شده‌اند که بیانگر توانایی مدل SSIIM در تعیین محدوده و مقدار آبشستگی و رسوب‌گذاری بیشینه و همچنین مقدار سرعت‌های طولی و برآیند سرعت‌های افقی درکانال‌های قوسی و دارای هندسه‌های پیچیده می‌باشد. چاله آبشستگی دوم برای مدل عددی در پایین دست کانال و در انتهای قوس تشکیل گردیده و در مدل آزمایشگاهی در محدوده مابین محل آبشکن و خروجی قوس مشاهده می‌گردد. در حالت بستر صلب، بعلت پیچیدگی کمتر جریان و عدم جابجایی رسوبات بستر، سرعت‌های عرضی دارای تطابق بسیار بیشتری به نسبت بستر متحرک با مدل آزمایشگاهی هستند.

نرم‌افزار Flow-3D یکی از ابزار پویایی سیالات محاسباتی می‌باشد که برای حل معادلات ناویراستوکس در حالات مختلف برای تعیین الگوی جریان طراحی شده است. یکی از انواع جریانهای پیچیده، که از گذشته تاکنون بسیار مورد توجه بوده، جریان پیرامون آبشکن می‌باشد. علاوه بر آن، اگر این سازه در قوس قرار گیرد، تعیین مؤلفه‌های سه بعدی سرعت جریان به مراتب پیچیده‌تر می‌گردد. با توجه به سختی انجام آزمایشها در حالات مختلف، و با در نظر گرفتن فراسنجهای متفاوت موثر در تعیین الگوی جریان، نقش نرم‌افزارهای عددی، از جمله Flow-3D ، بیشتر نمایان می‌شود. در این مقاله، با توجه به داده‌های آزمایشگاهی موجود در مورد آبشکن T شکل مستقر در قوس 90 درجه با بستر صلب، به بررسی مؤلفه‌های سه بعدی سرعت خروجی از نرم‌افزار Flow-3D، و مقایسه­ی آنها با نتایج آزمایشگاهی پرداخته شده است. مؤلفه‌های سه‌بعدی سرعت در مقاطع مختلف طولی، عرضی و مسطحه مقایسه، و مقدار متوسط خطای داده‌های عددی در حالات مختلف محاسبه شدند. بیشترین مقدار متوسط خطای مشاهده‌شده بین شبیه عددی و آزمایشگاهی مربوط به داده‌های سرعت عمقی جریان در مقطع عرضی بوده، که این خطا برابر با 17 درصد می‌باشد. همچنین، مقادیر متوسط خطای اندازه‌گیری شده مربوط به سرعتهای طولی و عرضی جریان نیز به ترتیب برابر با 6 و 10 درصد می‌باشد. بطور کلی، نتایج به دست آمده حاصل از مقایسه‌های صورت گرفته بیانگر تطابق مناسب بین شبیه عددی Flow-3D و داده‌های آزمایشگاهی می‌باشند و این به معنای توانایی بالای این نرم‌افزار در شبیه‌سازی الگوی جریان پیرامون سازه‌های آبی موجود در قوس رودخانه نظیر آبشکن است.

آشفتگی یکی از مهم‌ترین مشخصه‌های الگوی جریان در قوس است که بسیاری از فرآیندهای رودخانه مانند فرسایش، انتقال رسوب، مورفولوژی بستر و شکل کانال‌های طبیعی را تحت تاثیر قرار می‌دهد. به منظور تعیین شدت آشفتگی در کانال‌های قوسی، در این مقاله با استفاده از سرعت‌سنج سه بعدی Vectrino به برداشت مولفه‌های سرعت جریان در مقاطع مختلف کانال قوسی 180 درجه تند (نسبت شعاع مرکزی به عرض کانال برابر با 2، با بستر صلب و تامین زبری) واقع در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه خلیج فارس پرداخته شده است. در این مقاله، شدت‌های آشفتگی جریان به صورت RMS در راستاها و اعماق مختلف محاسبه، مقایسه و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج این تحقیق بیانگر این است که در لایه نزدیک به بستر، بیشینه شدت آشفتگی عرضی و عمقی جریان به ترتیب برابر با 70 و 25 درصد بیشینه شدت آشفتگی در راستای طولی می‌باشد. علاوه بر این، شدت آشفتگی در اعماق مختلف نیز مقایسه شد که نشان دهنده‌ی کاهش 25 درصدی شدت آشفتگی طولی با افزایش عمق جریان از کف کانال به سمت سطح آب می‌باشد.

بطور کلی، آبشکنها برای حفاظت از سواحل رودخانه‌ها به‌کار می‌روند. این سازه‌ها نیز اجرای اهداف مهمی مانند حفاظت از سواحل رودخانه‌ها، تغییرات خط القعر آنها، رسوبگذاری و فرسایش در طول رودخانه‌ها، مسائل زیست‌محیطی و غیره را بر عهده دارند. در این تحقیق به بررسی الگوی جریان پیرامون آبشکن T شکل در قوس 90 درجه با بستر صلب در شرایط تغییر شعاع انحنای قوس و هندسه‌ی ثابت آبشکن (l/L=1) و بده‌ی ثابت 25 لیتر بر ثانیه در موقعیت 45 درجه پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهند که با افزایش شعاع انحنایی قوس، ابعاد گردابه در پایین‌دست آبشکن کاهش می‌یابند؛ بطوری‌که با افزایش شعاع مرکزی قوس به 3 برابر عرض نهر، طول گردابه به اندازه‌ی 3 برابر طول آبشکن و عرض گردابه به میزان برابر با 9/0 برابر طول آبشکن، کاهش می‌یابد. بحث پیرامون نقش شعاع انحنا و تجزیه و تحلیل نتایج از موارد مطرح شده در این تحقیق می‌باشند.

آبشکن‌ها سازه‌های هیدرولیکی هستند که برای حفاظت از سواحل رودخانه بکار می‌روند. استقرار آبشکن‌ها باعث ایجاد تغییرات در میدان جریان، الگوی آبشستگی و توپوگرافی بستر می‌شود. در این مقاله به بررسی توپوگرافی بستر اطراف آبشکن T شکل مستغرق واقع در مسیر مستقیم پرداخته شده است. برای این منظور از یک فلوم مستطیلی به عمق 70 سانتیمتر و عرض 60 سانتیمتر استفاده گردیده است. در این آزمایشات تأثیر پارامترهای طول آبشکن، طول بال آبشکن، عمق استغراق و همچنین عدد فرود جریان برتغییرات ابعاد چاله آبشستگی حول آبشکن T شکل و تغییرات توپوگرافی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد با افزایش عدد فرود (Fr) و طول آبشکن میزان عمق و ابعاد چاله آبشستگی افزایش می‌یابد. همچنین با افزایش عمق استغراق در یک ناحیه محدود، ابتدا میزان آبشستگی و گسترش پشته‌ها افزایش و سپس کاهش می‌یابد. تجزیه و تحلیل نتایج مربوط به آبشستگی در مقاطع عرضی، طولی و پلان‌های مختلف از دیگر موارد مطرح شده در این مقاله می‌باشد.

رودخانه‌ها اصلی‌ترین منبع تأمین آب می‌باشند بنابراین شناخت رفتار رودخانه‌ها و تغییرات آن‌ها خصوصا در کانال‌های قوسی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. در این مقاله به اندازه گیری آزمایشگاهی الگوی آبشستگی در قوس 90 درجه و کانال مستقیم پایین دست آن تحت تأثیر تغییر پارامتر شعاع انحنای قوس پرداخته شده است. آزمایشات در یک کانال آزمایشگاهی با سه شعاع انحنای ملایم، متوسط و تند انجام گرفته است. تغییرات توپوگرافی بستر با استفاده از دستگاه برداشت پروفیل بستر لیزری اندازه گیری شده است. مقایسه بین مقاطع مختلف عرضی، طولی و توپوگرافی بستر انجام شده و الگوی آبشستگی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. نتایج بیانگر این است که با کاهش شعاع انحنای قوس، تغییرات توپوگرافی بستر و میزان آبشستگی و رسوب‌گذاری بیشتر می‌شود. همچنین در مسیر مستقیم پایین دست، آبشستگی در نزدیکی ساحل خارجی مشاهده می‌شود که در قوس تند مشهود تر است.

در این مقاله به اندازه‌گیری آزمایشگاهی میدان جریان و آبشستگی پیرامون آبشکن1 T شکل مستقردر قوس 90 درجه پرداخته شده است. آزمایش‌ها در یک کانال آزمایشگاهی با شعاع انحنای ملایم انجام گرفته است. در اندازه‌گیری میدان جریان از دستگاه سرعت‌سنج سه‌بعدی ADV و در اندازه‌گیری توپوگرافی بستر از خطکش الکترونیکی استفاده شد. برای این هدف ابتدا آزمایش آبشستگی انجام شد و توپوگرافی قوس توأم با چاله آبشستگی تعادل یافته در اطراف آبشکن مستقر در زاویه 75 درجه برداشت شد و سپس الگوی سه‌بعدی متوسط زمانی سرعت اندازه‌گیری شد. مقایسه بین مؤلفه‌های سه‌بعدی سرعت در مقاطع مختلف انجام شد و تفاوت الگوی جریان در طول قوس مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. مشاهده‌ها بیانگر وجود تأثیر آبشکن و توپوگرافی بستر در بر هم زدن الگوی جریان2 ثانویه و شکل‌گیری جریان ثانویه دوم در مقطع 30 درجه و در خلاف جهت جریان ثانویه اول است. همجنین جریان‌های ثانویه اصلی در جهت پیشروی شیب حفره آبشستگی شکل می‌گیرد و گردابه‌های افقی با جهت خلاف عقربه‌های ساعت و در بالا دست آبشکن در لایه‌های مختلف مشاهده می‌شود. همچنین آبشکن باعث انحراف مسیر سرعت بیشینه به سمت ساحل داخلی می‌شود.

یکی از سازه‌های هیدرولیکی مؤثر در تثبیت سواحل رودخانه آبشکن می‌باشد. در چند دهه اخیر استفاده از آبشکن‌ها در پایداری ساحل خارجی رودخانه‌ها و در مسیرهای قوسی مورد توجه مهندسان هیدرولیک قرار گرفته است. استقرار آبشکن در مسیر جریان باعث ایجاد آبشستگی‌های موضعی در محل آبشکن و تغییرات توپوگرافی بستر می‌گردد. در این مقاله به بررسی هندسه حفره آبشستگی و میزان آبشستگی بیشینه و توپوگرافی بستر پیرامون آبشکن‌های T شکل مستقر در قوس 90 درجه پرداخته شده است. برای این منظور در یک کانال آزمایشگاهی با قوس90 درجه و ملایم ( نسبت شعاع قوس به عرض کانال برابر4 ) و دارای بستر رسوبی با قطر متوسط 28/1 میلی متر و شرایط آب تمیز، آزمایشاتی طراحی و اجرا شد. در این آزمایشات تأثیر متغییرهای طول آبشکن، طول بال آبشکن، موقعیت قرارگیری آبشکن در قوس و همچنین عدد فرود جریان بر میزان آبشستگی حول آبشکنT شکل و تغییرات توپوگرافی بستر مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بیانگر این استکه افزایش طول آبشکن، کاهش طول بال آبشکن، افزایش عدد فرود و تغییر موقعیت آبشکن به سمت پایین دست قوس باعث افزایش ابعاد چاله آبشستگی می‌گردد. معادلات جدیدی در محاسبه پارامتر‌های چاله آبشستگی حاصل شد.