مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

مطالعه عددی اثر گرفتگی تدریجی در بتن نفوذپذیر بر الگوی جریان سیال و پخش آلودگی حل‌شده در آن

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهیدباهنر ،کرمان، ایران
2 پژوهشگر، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
چکیده
در سال‌های اخیر، بتن نفوذپذیر بعنوان روسازی جدید در پیاده‌روها، پارکینگ‌ها، راه‌ها و شانه‌ جاده‌ها در کنترل روان‌آب، جمع‌آوری هدفمند آن و همچنین جلوگیری از گسترش آلودگی‌های سطحی و حتی کاهش آلودگی صوتی نقش قابل توجهی داشته‌است. از مهمترین چالش‌هایی که در کاربرد اینگونه روسازی‌ها باعث تغییر عملکرد و کاهش بازدهی آن شده که کمتر مورد توجه قرارگرفته، ایجاد گرفتگی در منافذ بتن نفوذپذیر به سبب وجود آلودگی‌ها در روان‌آب‌ها است. ایجاد گرفتگی در بتن نفوذپذیر به شکل قابل ملاحظه‌ای الگوی جریان و همچنین نحوه پخش مواد حل‌شده در آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. با وجود اهمیت فراوان این موضوع در شناخت عمیق نحوه عمل‌کرد این نوع بتن تاکنون مطالعه جامعی برای بررسی اثر گرفتگی تدریجی بتن نفوذپذیر بر الگوی جریان و میدان سرعت، تغییر پیچ و خم مسیر عبور جریان و همچنین چگونگی پخش آلودگی انجام نشده است لذا در این مطالعه اثر ایجاد گرفتگی تدریجی بر عوامل مذکور مورد بررسی قرارگرفت. با توجه به این هدف هندسه‌ای دوبعدی بعنوان مدلی از بتن نفوذپذیر در حالت بدون گرفتگی ایجاد شد و با تغییر هندسه در پنج مرحله گرفتگی تدریجی بتن نفوذپذیر مدلسازی شد. با گسسته‌سازی دامنه محاسباتی و معادلات انتقال مومنتم و انتقال جرم به روش دینامیک سیالات محاسباتی، شبیه‌سازی برای مدل‌های مذکور انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش تدریجی گرفتگی و کاهش تخلخل بتن نفوذپذیر، توزیع میدان سرعت، پیچ و خم مسیر و همچنین توزیع غلظت آلودگی در جریان سیال به نحوی تغییر کرد که سبب ایجاد و و همچنین افزایش نواحی کم سرعت، افزایش طول پیچ و خم مسیر و همچنین به‌دام افتادن و تجمع آلودگی در داخل بتن نفوذپذیر شد. علاوه بر این، نتایج نشان داد با افزایش گرفتگی، پتانسیل بتن نفوذپذیر برای انسداد کامل افزایش یافته و عمل‌کرد آن‌را به‌شدت تحت تاثیر قرار می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical study of the effect of gradual clogging on the function of permeable concrete

نویسندگان English

Rasoul Soufi Noughabi 1
ali ebrahimzade 2
fereydun khosravi 3
1 PHD Student, Engineering faculty, Shahid Bahonar university, Kerman, Iran
2 Researcher ,Civil engineering faculty, Emam Hossein university, Tehran, Iran
3 Associate professor, Civil engineering faculty, Emam Hossein university, Tehran, Iran
چکیده English

Permeable concrete, which has recently been used as a new flooring in pavements, parking lots, roadways, and shoulders, has played an important role in surface runoff control, designed storage, avoiding surface pollution spread, and even noise pollution reduction. Researchers in this field have noted clogging of the pores of permeable concrete as one of the most significant challenges in the application of such pavements, significantly reducing their efficiency. Since there seems to be no numerical work studying the effect of gradual clogging of permeable concrete on the velocity field, tortuosity, or how pollutant is transported and dispersed, the effect of gradual clogging on these parameters is explored in this study. Two-dimensional geometry was created as a non-clogging permeable concrete that gradually got clogged as the geometry was changed in five levels. Simulations for the five mentioned models were carried out by discretizing the computational domain as well as the equations of momentum and mass transfer using the computational fluid dynamics method. The results show that as the level of clogging increases, the porosity of the permeable concrete decreases, and the velocity field distribution, tortuosity, and pollutant concentration distribution in the fluid flow change in such a way that low velocity areas are formed and increased. Tortuosity, as well as the entrapment and storage of pollutants within the concrete, expand. The findings also show that as clogging grows, permeable concrete becomes more susceptible to full blockage, as does the rate of clogging, and its performance declines dramatically.



All rights reserved to Iranian Society of Structural Engineering.

کلیدواژه‌ها English

permeable concrete
fluid flow simulation
mass transport
clogging of permeable concrete
pollutant spreading
[1]        V. V. Hung, S. Y. Seo, H. W. Kim, and G. C. Lee, “Permeability and strength of pervious concrete according to aggregate size and blocking material,” Sustain., vol. 13, no. 1, pp. 1–13, 2021, doi: 10.3390/su13010426.
[2]        H. Cho et al., “Mechanical and microscopic characteristics of polyurethane-based pervious pavement composites,” Materials (Basel)., vol. 14, no. 16, 2021, doi: 10.3390/ma14164365.
[3]        A. Kia, J. M. Delens, H. S. Wong, and C. R. Cheeseman, “Structural and hydrological design of permeable concrete pavements,” Case Stud. Constr. Mater., vol. 15, no. May, p. e00564, 2021, doi: 10.1016/j.cscm.2021.e00564.
[4]        A. Jagadeesh, G. Ong, and Y.-M. Su, “Digital sieving of pervious concrete air voids using X-ray computed tomography,” no. September, 2019, doi: 10.2991/apte-18.2019.7.
[5]        A. K. Chandrappa and K. P. Biligiri, “Relationships between structural, functional, and X-Ray microcomputed tomography parameters of pervious concrete for pavement applications,” Transp. Res. Rec., vol. 2629, no. 1, pp. 51–62, 2017, doi: 10.3141/2629-08.
[6]        X. Cui, X. Zhang, J. Wang, J. Zhang, H. Qi, and J. Li, “X-ray CT based clogging analyses of pervious concrete pile by vibrating-sinking tube method,” Constr. Build. Mater., vol. 262, p. 120075, 2020, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120075.
[7]        “X-ray Computed Tomography and Nondestructive Evaluation of Clogging in Porous Concrete Field Samples Kalehiwot Nega Manahiloh 1 , Dr. Balasingam Muhunthan (Corresponding author) 2 , Dr. Masoud Kayhanian 3 , and Dr. Seyoum Yami Gebremariam 4,” no. 530, pp. 1–17.
[8]        J. Zhang, G. Ma, R. Ming, X. Cui, L. Li, and H. Xu, “Numerical study on seepage flow in pervious concrete based on 3D CT imaging,” Constr. Build. Mater., vol. 161, pp. 468–478, 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.11.149.
[9]        Frank M. White, “Viscous Fluid Flow.” McGraw-Hill Series in Mechanical Engineering, p. 616, 1991..
[10]      G. O. Brown, “The History of the Darcy-Weisbach Equation for Pipe Flow Resistance,” Environ. Water Resour. Hist., pp. 34–43, 2003.
[11]      A. Costa, “Permeability-porosity relationship: A reexamination of the Kozeny-Carman equation based on a fractal pore-space geometry assumption,” Geophys. Res. Lett., vol. 33, no. 2, pp. 1–5, 2006, doi: 10.1029/2005GL025134.
[12]      P. B. Kowalczuk and J. Drzymala, “Physical meaning of the Sauter mean diameter of spherical particulate matter,” Part. Sci. Technol., vol. 34, no. 6, pp. 645–647, 2016, doi: 10.1080/02726351.2015.1099582.
 
 
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 79
اردیبهشت 1403
صفحه 229-241

  • تاریخ دریافت 19 اردیبهشت 1401
  • تاریخ بازنگری 01 آذر 1401
  • تاریخ پذیرش 09 شهریور 1402