@Article{, title={A Computational Fluid Dynamics Investigation of using Large-Scale Geometric Roughness Elements in Open Channels التحري الحسابي لديناميكية الموائع بأستخدام وحدات خشونة ذات حجم هندسي كبير في القنوات المفتوحة}, author={Iman Abdulsalam Alwan أيمان عبد السلام علوان and Riyadh Z. Azzubaidi رياض زهير الزبيدي}, journal={Journal of Engineering مجلة الهندسة}, volume={27}, number={1}, pages={35-44}, year={2021}, abstract={The hydraulic behavior of the flow can be changed by using large-scale geometric roughness elements in open channels. This change can help in controlling erosions and sedimentations along the mainstream of the channel. Roughness elements can be large stone or concrete blocks placed at the channel's bed to impose more resistance in the bed. The geometry of the roughness elements, numbers used, and configuration are parameters that can affect the flow's hydraulic characteristics. In this paper, velocity distribution along the flume was theoretically investigated using a series of tests of T-shape roughness elements, fixed height, arranged in three different configurations, differ in the number of lines of roughness element. These elements were used to find the best configuration of roughness elements that can be applied to change the flow's hydraulic characteristics. ANSYS Parametric Design Language, APDL, and Computational Fluid Dynamics, CFD, was used to simulate the flow in an open channel with roughness elements. CFD can be used to study the hydrodynamics of open channels under different conditions with inclusive details rather than relying on the costly field and time-consuming. Runs were implemented with different conditions, the discharge, and water depth in upstream and downstream of the flume. T-shape roughness elements with height equal to 3cm placed in three different configurations, two lines, four lines, and fully rough configurations were tested. The results show that the effect of roughness elements increasing with increasing the number of lines of roughness elements. Cases of four lines and fully rough configurations have almost the same hydraulic performance by having the same results of the velocity decrease percentage, which is decreased by approximately about 66% and 61% of the control case's velocity in the zone near the roughness elements consequently. But the difference is that four lines configuration is affected in a part of the test section. This behavior increases the velocity values by about 11% in the other side and by about 10% near the free surface in the case of four lines configuration and increased by about 32% above the roughness elements in a fully rough configuration.

يمكن تغيير الخصائص الهيدروليكية للجريان بالاعتماد على عناصر الخشونة ذات الحجم الكبير في القنوات المفتوحة. يساعد هذا التغيير في السيطرة على التعرية والترسبات ضمن المجرى الرئيسي للقنوات. قد تكون عناصر الخشونة احجاراً كبيرة أو كتلاً خرسانية توضع في قعر القناة والتي تعمل على زيادة خشونة سطح القعر وينتج عنها اضافة مقاومة للجريان. يعد كل من الشكل الهندسي لعناصر الخشونة والعدد المستخدم وترتيبها عوامل لها تأثير في الخصائص الهيدروليكية للجريان. تم التحقق من توزيعات السرعة على طول القناة بأستخدام سلسلة من الاختبارات لعناصر خشونة على شكل حرف T ذو أرتفاع ثابت مرتبة في ثلاثة توزيعات مختلفة في عدد أسطر عناصر الخشونة وذلك لايجاد أفضل توزيع لعناصر الخشونة يستخدم لتغيير الخصائص الهيدروليكية للجريان. استخدم برنامج ANSYS Parametric Design Language APDL وبرنامج CFD Computational Fluid Dynamics لمحاكاة جريان الماء خلال القناة المفتوحة بوجود عناصر الخشونة. استخدام برنامج حساب ديناميكية الموائع لمحاكاة الجريان في القنوات المفتوحة CFD مع عناصر الخشونة تحت تأثير مختلف الظروف شاملا كافة التفاصيل مع التوفير في التكاليف و الوقت. تم أنجاز النموذج الرياضي بالاعتماد على شروط حدودية مختلفة من تصريف وعمق الماء في مقدم ومؤخر القناة . أستخدمت عنصر الخشونة وهي T-shape وبارتفاع 3سم وتم ترتيبها بثلاثة توزيعات مختلفة وهي التوزيع بسطرين على جزء من عرض القناة وباربعة أسطر أيضا على جزء من عرض القناة والتوزيع الكامل على عرض القناة. أظهرت النتائج أن تأثير عناصر الخشونة يزداد بزيادة عدد أسطر عناصر الخشونة. كان الاداء الهيدروليكي في حالة التوزيع بالاربعة اسطر على جزء من عرض القناة وتوزيع الخشونة على عرض القناة لهما متقارب وذلك لكون لهما تقريبا نفس نسبة تقليل السرعة حيث قلت قيم السرعة في المنطقة القريبة من عناصر الخشونة بحدود 66% و61% من قيمة معدل السرعة على التوالي وأن الفرق في التأثير للتوزيع ذو الاربعة أسطر يكون في جزء من مقطع الاختبار. هذا السلوك أدى الى زيادة السرعة بنسبة 11% في الجانب الثاني للقناة وبنسبة 10% بالقرب من سطح الماء في حالة أستخدام التوزيع باربعة أسطر على جزء من عرض القناة وكذلك أزدادت بنسبة 32% يالقرب من سطح الماء في حالة أستخدام التوزيع الكامل على عرض القناة.} }