Publication:
Experimental investigation on flow structure and discharge distribution in T-shape open channel bifurcations of variable widths

cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department950214b3-e745-4f9c-a019-690cc906f345
cris.virtualsource.orcid950214b3-e745-4f9c-a019-690cc906f345
dc.contributor.authorIzihan Ibrahim
dc.contributor.supervisorSaerahany Legori Ibrahim, Ph.D
dc.contributor.supervisorAbdullah Al-Mamun, Ph.D
dc.contributor.supervisorMaisarah Ali, Ph.D
dc.date.accessioned2024-11-29T00:43:58Z
dc.date.available2024-11-29T00:43:58Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractIn this research, open-channel bifurcations, defined as geometrical singularities of a hydrographic network, where the inflow separates into two downstream branches are investigated. Bifurcations are naturally present in river networks, mostly upstream from islands and in deltas, where the main flow does not necessarily continue in a straight direction but may form a dimensionally asymmetrical Y-shaped diverging channel. Sediment transport in bifurcations are increasingly becoming a major issue when extensive suspended as well as bed material conveyed by rivers regularly encroach into side or lateral (i.e. bifurcated) channels utilized for abstracting raw water thus affecting optimal intake for potable consumption. These divisions in flow are also observed in human-intervened conditions such as wastewater networks where the combined sewer overflows evacuate part of the exceeding sewer discharge capacity toward the surrounding environment. In addition, flooded streets reaching three-branch crossroads generate bifurcated channel flows. For most design or man-made cases, the main flow continues straight ahead, while the side branch, generally narrower, makes an angle close to 90° with the main channel, forming a junction known as T-shape bifurcation. Many researchers have completed studies on T-shape bifurcations to understand the behaviour of water flow and sediment transport. However, a complete understanding of the phenomenon, especially in relation to 2D or 3D secondary flows and vortices, is lacking up to this day. Moreover, the distribution of flow discharges in both main and lateral/branch channels requires further detailed investigation. As such, the objectives of this research on open-channel flow in 90° bifurcations are to determine experimental techniques of flow visualization, investigate methods to identify three-dimensional flow patterns, improve empirical discharge distribution relationships, and establish the effect of reduced side branch width on flow distribution. A total of 668 experimental runs have been conducted and completed in the open-channel flume system at Laboratoire de Mécanique des Fluides et d’Acoustique (LMFA) of Institut National des Sciences Appliquées (INSA) in Lyon, France. From the results, it is observed that flow visualization techniques were generally not effective nor adequately consistent to differentiate between 2D standard recirculation or 3D helical flow structures. Therefore, another approach based on analysis of fluid power gain or loss plotted against inflow discharge in the main channel is introduced as an alternative. As for assessing flow division through the bifurcation, the results are organized into sections to progressively address discharge distributions in the subcritical or free recirculation transcritical regimes. Consequently, a new predictive set of empirical equations for flow distribution is derived based on the known upstream discharge plus branch-width ratio and stage-discharge relationships in the downstream or lateral/branch channels. This discharge distribution formulation is accurate, as indicated by determination coefficients of at least 0.98 when compared to measurements, without even identifying beforehand whether the flow is in fully subcritical or free recirculation transcritical regime through the lateral/branch channel. Based on the successful accomplishment of stipulated objectives, recommendations for further work to include establishment of a flow-structure identification system, as well as extending the experiments to bifurcations with significantly narrower side branches. The angle of flow divergence could also be varied to other than 90°.
dc.description.abstractarabicفي هذا البحث، تم دراسة التشعبات مفتوحة القناة، والتي تم تعريفها على أنها تفردات هندسية لشبكة هيدروغرافية، حيث ينفصل التدفق إلى فرعين في اتجاه مجرى النهر. توجد التشعبات بشكل طبيعي في شبكات الأنهار، ومعظمها عند المنبع من الجزر وفي الدلتا، حيث لا يستمر التدفق الرئيسي بالضرورة في اتجاه مستقيم ولكنه قد يشكل قناة متباعدة غير متماثلة الأبعاد على شكل حرف .Y أصبح نقل الرواسب في التشعبات مشكلة رئيسية بشكل متزايد عندما تتعدى المواد المعلقة وكذلك المواد القاعية التي تنقلها الأنهار بانتظام إلى القنوات الجانبية أو الجانبية (أي المتشعبة) المستخدمة لاستخراج المياه الخام مما يؤثر على المدخول الأمثل للاستهلاك الصالح للشرب. هذه الانقسامات في التدفق لوحظت أيضًا في الظروف التي يتدخل فيها الإنسان مثل شبكات مياه الصرف الصحي حيث تعمل فيضانات المجاري المجمعة على تفريغ جزء من قدرة تصريف المجاري الزائدة نحو البيئة المحيطة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشوارع التي غمرتها المياه والتي تصل إلى تقاطعات الطرق الثلاثة تولد تدفقات قناة متشعبة. بالنسبة لمعظم حالات التصميم أو تلك التي من صنع الإنسان، يستمر التدفق الرئيسي للأمام مباشرة، في حين أن الفرع الجانبي، وهو أضيق عمومًا، يصنع زاوية قريبة من 90 درجة مع القناة الرئيسية، ويشكل تقاطعًا يعرف باسم التشعب على شكل حرف .T أكمل العديد من الباحثين دراسات حول التشعبات على شكل حرف T لفهم سلوك تدفق المياه ونقل الرواسب. ومع ذلك، لا يتوفر فهما كاملا لهذه الظاهرة، خاصة فيما يتعلق بالتدفقات والدوامات الثانوية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد، حتى يومنا هذا. علاوة على ذلك، فإن توزيع تصريفات التدفق في كل من القنوات الرئيسية والجانبية/الفرعية يتطلب مزيدًا من التحقيق التفصيلي. وعليه، فإن أهداف إجراء هذا البحث حول تدفق القناة المفتوحة في التشعبات بزاوية 90 درجة هي هي تحديد التقنيات التجريبية لتصوير التدفق ، والبحث في طرق تحديد أنماط التدفق ثلاثية الأبعاد، وتحسين علاقات توزيع التفريغ التجريبية، وتحديد تأثير انخفاض عرض الفرع الجانبي على توزيع التدفق. تم إجراء وإكمال ما مجموعه 668 عملية تجريبية في نظام المسايل ذي القناة المفتوحة في مختبر ميكانيكا السوائل والصوت (LMFA) التابع للمعهد الوطني للعلوم التطبيقية (INSA) في ليون، فرنسا. من النتائج، لوحظ أن تقنيات تصور التدفق لم تكن فعالة بشكل عام ولامتسقة بشكل كاف للتمييز بين إعادة التدوير القياسية ثنائية الأبعاد أو هياكل التدفق الحلزونية ثلاثية الأبعاد، لذلك، تم تقديم نهج آخر يعتمد على تحليل اكتساب أو فقدان طاقة الموائع كبديل. أما بالنسبة لتقييم تقسيم التدفق من خلال التشعب ، فقد تم تنظيم النتائج في أقسام لمعالجة توزيعات التصريف تدريجيا في أنظمة إعادة التدوير دون الحرجة أو الحرة عبر الحرجة. وبناء على ذلك، تم اشتقاق مجموعة تنبؤية جديدة من المعادلات التجريبية لتوزيع التدفق استنادًا إلى تفريغ المنبع المعروف بالإضافة إلى نسبة الفرع إلى العرض وعلاقات المرحلة-التفريغ في القنوات النهائية أو الجانبية/الفرعية. صيغة توزيع التفريغ هذه دقيقة ، كما يتضح من معاملات التحديد التي لا تقل عن 0.98 عند مقارنتها بالقياسات، دون حتى تحديد مسبق لما إذا كان التدفق يتواجد في نمط دون الحرج بشكل كلي أو نمط إعادة تدوير عبر الحرج خلال القناة الجانبية / الفرعية. بناءً على الإنجاز الناجح للأهداف المحددة، يوصى بمواصلة العمل من خلال إنشاء نظام تحديد مبني على التدفق - البنية، وكذلك توسيع التجارب لتشمل التفرعات ذات الفروع الجانبية الأضيق بقدر مؤثر. يمكن أيضًا تغيير زاوية انحراف التدفق عن 90 درجة
dc.description.callnumberet TC 175 I98E 2024
dc.description.identifierThesis : Experimental investigation on flow structure and discharge distribution in T-shape open channel bifurcations of variable widths / by Izhan bin Ibrahim
dc.description.identityG1726741Izihanibrahim
dc.description.kulliyahKulliyyah of Engineering
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xviii, 142 leaves) ;
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Engineering
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/23140
dc.language.isoen
dc.publisherKuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsInternational Islamic University Malaysia
dc.subject.lcshOpen-channel flow
dc.subject.lcshFluid-structure interaction
dc.subject.lcshHydraulic engineering -- Environmental aspects
dc.titleExperimental investigation on flow structure and discharge distribution in T-shape open channel bifurcations of variable widths
dc.typeDoctoral Theses
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G1726741Izihanibrahim_SEC.pdf
Size:
25.48 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.71 KB
Format:
Item-specific license agreed to upon submission
Description: