محمدرضا چمني
چکیده
آبشستگیپدیدهای است که دراثر اندرکنش آب و خاک، بستر رودخانه یا سواحل دچار تغییرات میشوند.آبشستگی یکی از علتهای اصلی تخریب پروژههای مرتبط با مهندسی رودخانه است. جریانسهبعدی سیال در اطراف پایه پل همزمان با انتقال رسوب و تغییر مداوم مرزهای جریانسیال موجب پیچیدگی الگوی آبشستگی شده و تحلیل پدیده را به روشهای عددی و تحلیلیمشکل میسازد. از اینرو اغلب پژوهشها بر منوال تحقیقات تجربی است. تاکنون روشهایزیادی برای تغییر الگوی جریان سیال و کنترل آبشستگی در پایههای پل استفاده شدهاست.
در تحقیق حاضر از روش کنترلفعال، بهواسطهی نیروی الکترومغناطیس لورنتس در فرآیند آبشستگی بهکارگرفته شدهاست. مدل فیزیکی در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتیاصفهان ساخته شد. آزمایشها در کانال با مقطع مستطیل با عرض 31/0 متر، ارتفاع 30/0مترو طول 7/5 متر انجام شد. از پایه استوانهای از جنس پلیاتیلن به قطر 25 میلیمترو ارتفاع 300 میلیمتر استفاده شد. برای جایگذاری عملگرالکترومغناطیس در پایهاستوانهای از چیدمان نواری قطعات الکترود مسی و آهنربا با عرض 5 میلیمتر و طول150 میلیمتر استفاده شد. از دو دانهبندی با قطر متوسط 2/0 و 3/0 میلیمتر وچگالی نسبی 77/2 استفاده شد. آزمایشهای آبشستگی در آب زلال در حضور نیروی لورنتسو در دو جهت روبهبالا و روبهپایین در سیال سدیم هیدروکسید با رسانایی 3 زیمنسبرمتر و با اعمال ولتاژ ثابت 30 ولت در مدت زمان یک ساعت انجام شد. همچنین آزمایشهاییدر سیال آب شرب با شرایط مشابه آزمایشهای آبشستگی در سیال سدیم هیدروکسید انجامشد.
بهکاربردن نیروی لورنتس مماسیبرروی پایه استوانهای سبب اعمال شتاب 45/0 متربرمجذور ثانیه به سیال سدیمهیدروکسید شد.در آزمایش آبشستگی در سیال سدیم هیدروکسید با تنظیم جهت نیرویلورنتس موافق نیروی ثقل، شتاب افزاینده موجب افزایش سرعت جریان سیال پایینرونده وافزایش 10درصدی طول، عرض و عمق بالادست چالهی آبشستگی شد. در این حالت، به دلیلانحراف روبهپایین زاویه جریان سیال جدا شده از پایه، انتقال رسوب در پاییندست15 درصد کاهش یافت. با تنظیم جهت نیروی لورنتس مخالف جهت نیروی ثقل، شتاب کاهندهباعث کاهش سرعت جریان سیال پایینرونده کاهش 10 درصدی طول، عرض و عمق بالادست وافزایش 30 درصدی عمق پایین دست چالهی آبشستگی را به دنبال داشت. نتایج نشان میدهدکه افزایش عمق جریان سیال باعث افزایش کارایی نیروی لورنتس برای تغییر الگوی وکنترل آبشستگی است. همچنین نتایج تحقیق حاضر نشان داد که، عمق چالهی آبشستگی درحضور نیروی لورنتس خلاف جهت جریان پایین رونده در سیال سدیم هیدروکسید، از عمقچاله آبشستگیدر سیال آب شرب به دلیل اثرات لزجت 6 درصد بیشتر است.