مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر حضور فیزیکی دستگاه سرعت‌سنج صوتی جانب‌نگر (ADV) در میدان جریان آشفته در کانال مرکب

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
رضا صادقی‌دودران 1
سید‌علی‌اکبر صالحی‌نیشابوری 1
مصطفی نبی‌پور 1
سیدحسین مهاجری 2
امیررضا زرراتی 3
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
دستگاه سرعت‌سنج صوتی یکی از ابزارهای متداول اندازه‌گیری میدان جریان در کانال‌های باز است. علاوه بر خطاهای ذاتی دستگاه سرعت‌سنج صوتی، حضور حسگرهای دستگاه درون جریان می‌تواند موجب تغییر الگوی جریان و تشدید آشفتگی در حجم نمونه‌گیری ­شود که بر نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی موثر خواهد بود. برای بررسی این موضوع در این مطالعه به­منظور تفکیک اثر تداخل فیزیکی سرعت‌سنج صوتی از خطای ذاتی آن، سرعت جریان به وسیله‌ سرعت‌سنج تصویری ذرات در دو حالت حضور فیزیکی سرعت‌سنج صوتی و عدم حضور آن (در محدوه حجم نمونه‌گیری) در یک کانال مرکب برداشت شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که اثر تداخلی سرعت‌سنج صوتی جانب‌نگر در سرعت طولی در محدوده حجم نمونه‌گیری باعث افزایش سرعت طولی به میزان ۷/۱% شده و این اثر در سرعت‌های ثانویه شدید‌تر است به طوری که در شرایط آزمایش حاضر، حضور سرعت‌سنج صوتی جانب‌نگر باعث تغییر سرعت عرضی به میزان ۵/۴ برابر و تغییر سرعت قائم به میزان ۷/۲ برابر حالت عدم حضور سرعت‌سنج می‌شود. بررسی شدت‌های آشفتگی نشان داد که حضور سرعت‌سنج صوتی جانب‌نگر باعث افزایش شدت آشفتگی طولی می‌شود در حالی که بر شدت آشفتگی عرضی و قائم تاثیر چندانی ندارد. همچنین بررسی تنش رینولدز قائم در دوحالت حضور و عدم حضور سرعت‌سنج صوتی نشان داد که مقادیر اندازه‌گیری‌شده در دو حالت اختلاف دارند و حضور سرعت‌سنج صوتی ۳۰% تنش رینولدز قائم را در محل حجم کنترل کاهش می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
سرعت‌سنج صوتی جانب‌نگر
سرعت‌سنج تصویری ذرات
الگوی جریان
پارامترهای آشفتگی
تداخل سرعت‌سنج صوتی

موضوعات

عنوان مقاله English

Effect of Side Looking Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) Presence on Turbulent Flow Field in Compound Channel

نویسندگان English

R. Sadeghi dodaran 1
S.A.K. Salehi neyshaburi 1
M. Nabipoor 1
S.H. Mohajeri 2
A.R. Zarrati 3
1 Civil Engineering Department, Civil and Environmental Engineering Faculty, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Kharazmi University, Tehran, Iran
3 Civil Engineering Department, Civil Engineering Faculty, Amirkabir University, Tehran, Iran
چکیده English

Acoustic doppler velocimetry (ADV) is a common measurement technique for flow field in open-channel flows. Since ADV is an intrusive measurement method, the presence of ADV probe may causes changes in flow structure and may intensify the turbulence in sampling volume which can affect the experimental results and analysis. To explore these effects, in this study, particle image velocimetry (PIV) was employed to measure the flow field with and without the presence of a side looking ADV probe in a compound channel. The results of this research showed that the intrusion of ADV in the flow field increases the streamwise velocity in the ADV measurement volume by 1.7%. The more enhanced effect is also notified in the secondary currents so that in the present test conditions, the presence of the side looking ADV causes a decrease in lateral velocity by 4.5 times and causes an increase in vertical velocity by 2.7 times. Investigation of the turbulent intensities showed that the presence of the side looking ADV causes an increment in streamwise turbulent intensity, while does not significantly affect the lateral and vertical components. Furthermore, examining vertical Reynolds shear stress measurement data with or without the presence of ADV showed that the measured values differ in the two states and the presence of ADV decreases 30% of Reynolds shear stress in place of the control volume.

کلیدواژه‌ها English

Side looking Acoustic Doppler Velocimeter
Particle Image Velocimetry
Flow pattern
Turbulence parameters
Interference of ADV
Chanson H. Turbulence in positive surges and tidal bores. Effects of bed roughness and adverse bed slopes. Hydraulic Model Report series CH. Brisbane, Australia: The University of Queensland; 2008 Jun 1. Report No. CH68/08. [Link]
C Koch C, Chanson H. An experimental study of tidal bores and positive surges: hydrodynamics and turbulence of the bore front. Brisbane, Australia: Department of Civil Engineering, University of Queensland; 2005. [Link]
Kraus NC, Lohrmann A, Cabrera R. New Acoustic meter for measuring 3D laboratory flows. Journal of Hydraulic Engineering. 1994;120(3):406-412. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1994)120:3(406)]
Wahl TL. Discussion of despiking acoustic doppler velocimeter data. Journal of Hydraulic Engineering. 2003;129(6):484-487. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:6(484)]
Parsheh M, Sotiropoulos F, Agel P. Estimation of power spectra of acoustic-doppler velocimetry data contaminated with intermittent spikes. Journal of Hydraulic Engineering. 2010;136(6):368-378. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0000202]
Chickadel CC, Talke SA, Devine ARH, Jessup AT. Infrared-based measurements of velocity, turbulent kinetic energy, and dissipation at the water surface in a tidal river. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2011;8(5):849-853. [Link] [DOI:10.1109/LGRS.2011.2125942]
Fox JF, Belcher BJ. Comparison of macroturbulence measured using decomposition of PIV, ADV and LSPIV data. Journal of Hydraulic Research. 2011;49(1):122-126. [Link] [DOI:10.1080/00221686.2010.535704]
Ruonan B, Liekai C, Xingkui W, Danxun L. Comparison of ADV and PIV measurements in open channel flows. Procedia Engineering. 2016;154:995-1001. [Link] [DOI:10.1016/j.proeng.2016.07.588]
Hamidifar H, Omid MH, Keshavarzi A. Mean flow and turbulence in compound channels with vegetated floodplains. Journal of Agricultural Engineering Research. 2013;14(3):51-66. [Persian] [Link]
Mehraein M, Ghodsian M, Mashizi M, Vaghefi M. Experimental study on flow pattern and scour hole dimensions around a T-shaped spur dike in a channel bend under emerged and submerged conditions. International Journal of Civil Engineering. 2017;15(7):1019-1034. [Link] [DOI:10.1007/s40999-017-0175-x]
Rusello P, Lohrmann A, Siegel E, Maddux T. Improvements in Acoustic Doppler Velocimetry. The 7th International Conference on Hydroscience and Engineering (ICHE-2006); 2006 September 10-13; Philadelphia, USA. [Link]
Nabipour M, Salehi Neyshabouri SAA, Sadeghi Dodaran R, Mohajeri SH, Zarrati AR, Zabetian M. Experimental study of side looking ADV probe accuracy in a turbulent flow field. Modares Mechanical Engineering. 2018;18(1):406-412. [Persian] [Link]
Nabipour M, Salehi Neyshabouri SAA, Mohajeri SH, Zarrati AR, Zabetian M. Study on turbulent flow in a compound channel with shallow overbank using Particle Image Velocimetry. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(8):164-172. [Persian] [Link]
Nakagawa H, Nezu I. Turbulence in open-channel flows. Rotterdam: Balkema; 1993. [Link]
Zhang X, Nepf HM. Exchange flow between open water and floating vegetation. Environmental Fluid Mechanics. 2011;11(5):531-546. [Link] [DOI:10.1007/s10652-011-9213-4]
Raffel M, Willert C, Wereley S, Kompenhans J. Particle image velocimetry, a practical guide. 2nd Edition. Berlin: Springer; 2007. [Link] [DOI:10.1007/978-3-540-72308-0]
Thielicke W, Stamhuis E. PIVlab-towards user-friendly, affordable and accurate digital particle image velocimetry in MATLAB. Journal of Open Research Software. 2014;2(1):e30. [Link] [DOI:10.5334/jors.bl]
Okamoto T, Nezu I, Sanjou M. Flow-vegetation interactions: length-scale of the "monami" phenomenon. Journal of Hydraulic Research. 2016;54(3):251-262. [Link] [DOI:10.1080/00221686.2016.1146803]
Shiono K, Feng T. Turbulence measurements of dye concentration and effects of secondary flow on distribution in open channel flows. Journal of Hydraulic Engineering. 2003;129(5):373-384. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(2003)129:5(373)]
Mohajeri SH, Grizzi S, Righetti M, Romano GP, Nikora V. The structure of gravel bed flow with intermediate submergence: a laboratory study. Water Resources Research. 2015;51(11):9232-9255. [Link] [DOI:10.1002/2015WR017272]
Ahmed F, Rajaratnam N. Flow around bridge piers. Journal of Hydraulic Engineering. 1998;124(3):288-300. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-9429(1998)124:3(288)]
Dargahi B. The turbulent flow field around a circular cylinder. Experiments in Fluids. 1989;8(1-2):1-12. [Link] [DOI:10.1007/BF00203058]
Kara S, Stoesser T, Sturm TW. Turbulence statistics in compound channels with deep and shallow overbank flows. Journal of Hydraulic Research. 2012;50(5):482-493. [Link] [DOI:10.1080/00221686.2012.724194]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 12
آذر 1398
صفحه 2945-2953