1دانشجوی دکتری سازه های آبی، گروه مهندسی آبیاری و آبادانی، دانشکده مهندسی و فناوری کشاورزی، دانشگاه تهران
2عضو هیات علمی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران - گروه آبیاری و آبادانی
3استادیار گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه یاسوج
چکیده
در این تحقیق، درستی معادلات مختلف افت اصطکاکی برای جریان آزاد غیر دارسی در محیط‌های متخلخل سنگریزه‌ای ارزیابی شد که در آنها توزیع فشار غیرهیدروستاتیک است. بیشتر معادلات ارائه شده برای جریان غیر دارسی بر اساس نتایج آزمایش‌های صورت گرفته در دستگاه‌های نفوذ سنج و برای جریان یک بعدی است در حالی که به دلیل افت زیاد انرژی و شیب سطح آب در جریان آزاد درون محیط‌های متخلخل سنگریزه‌ای، انتظار می‌رود جریان دو بعدی و توزیع فشار غیر هیدرواستاتیک باشد. در این مطالعه با آزمایش‌هایی روی یک محیط متخلخل به طول 1 متر و شامل سه نوع سنگریزه با قطرهای متوسط 68/1، 27/2 و 84/4 سانتی‌متر و در دو دمای متفاوت آب به بررسی درستی برآورد مقدار افت انرژی جریان توسط معادلات مختلف جریان غیر دارسی پرداخته شده است. با افزایش دبی و افزایش زاویه سطح آب از 6 درجه، اختلاف بین عمق آب و فشار پیزومتری افزایش می‌یابد. همچنین، بر اساس تحلیل آماری، مناسب‌ترین معادلۀ افت اصطکاکی در جریان غیردارسی با سطح آزاد معرفی و با تحلیل حساسیت نیز مشخص شد که معادلۀ معرفی شده کمترین حساسیت را نسبت به تغییرات مقادیر ورودی دارد و اینکه تخلخل، سرعت ظاهری جریان، قطر متوسط ذرات، و لزوجت سینماتیک به ترتیب بیشترین تاثیر را بر نتایج دارند.
Evaluation and sensitivity analysis of head-loss equations of free surface flow through rockfill porous media
نویسندگان [English]
Amir Gord-Noshahri1؛ Ebrahim Amiri Tokaldany2؛ Mohammad Sedghi-Asl3
1PhD Candidate of hydraulic structures, Dept. of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2Full Professor, Dept. of Irrigation and Reclamation Engineering, Faculty of Agriculture Engineering and Technology, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3Assistant Professor, Dept. of Soil Science, College of Agriculture, Yasouj University, Yasouj, Iran
چکیده [English]
This research was aimed to evaluate the available equations provided for non-Darcy flow in rockfill porous media, when there is a free surface flow and vertical pressure distribution is non-hydrostatic. Most of previous investigation about non-Darcy flow performed in permeameter that simulate one dimensional flow in porous media. Because of severe energy loss and considerable difference between upstream and downstream water surface elevations in rockfill porous media, a non-hydrostatic pressure distribution was expected. To carry out the research, a series of laboratory experiments have been conducted on rockfill materials with diameters of 1.68, 2.27 and 4.84 cm and media length of 1.0 m, where water temperature was varied between 10 and 29 °c. Results indicated that increasing water surface resulted in an increase on difference between water depth and piezometric pressure. The validity of different non-Darcy equations was compared based on statistical analysis of existing experimental data. Finally, from available models provided by various researchers, the most suitable model for energy loss in free surface flow in rockfill materials is introduced. Moreover, it is found that the introduced model has the lowest sensitivity to the variation of the input parameters, while the porosity, apparent velocity, median rockfill diameter and kinematic viscosity have the highest influence on head-loss results, respectively.
کلیدواژه‌ها [English]
Energy loss, Non-Hydrostatic pressure distribution, Non-Darcy flow, Rockfill porous media
ابتدای صفحه