بررسی آزمایشگاهی ضریب زبری جریان در پروفیل‌های طولی تشکیل شده درون محیط پاره‌سنگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار،عضو هیئت علمی دانشگاه مراغه

2 استادیار، عضو هیئت علمی

3 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه های آبی

چکیده

مصالح سنگریزه‌ای به وفور در ساخت سازه‌های آبی کاربرد دارند. رژیم جریان عبوری که اکثراً غیر دارسی است و نحوه محاسبه ضرائب زبری جریان قبلاً مورد پژوهش قرار گرفته است. اکثر محققان پیشین با استفاده از ایجاد ارتباط مابین عدد رینولدز و ضریب زبری در دو فرم توانی و دو جمله‌ای این مساله را مورد ارزیابی قرار داده‌اند. در این تحقیق آزمایشگاهی با استفاده از دو نوع سنگ‌دانه با قطر‌های d_50=1.1cm و d_50=1.6cm و سه مقدار دبی واحد عرض و همچنین سه مقدار گرادیان هیدرولیکی، اقدام به بررسی پارامتر‌های موثر در ضریب زبری جریان عبوری گردید و نتایج نشان داد که برخلاف آنچه که محققان قبلی ارائه نموده‌اند در جریان‌های عبوری از محیط‌های سنگریزه‌ای که دارای سطح آزاد با هوا می‌باشد، پارامتر عدد فرود ارتباط بهتری نسبت به پارامتر عدد رینولدز با ضرایب زبری برقرار می-نماید. مقادیر عددی محاسبه شده برای ضرایب زبری جریان‌های کاملاً درون‌گذر در قیاس با جریان‌های با سطح آزاد بسیار بیشتر است و در نهایت روابطی به فرم توانی مابین اعداد بدون بعد فرود، نسبت هندسی عمق به قطر محیط و ضرایب زبری در دو فرم زبری مانینگ و دارسی-ویسباخ برقرار گردید. با استفاده از روابط پارامتر-های ابعادی و ترکیب اعداد بدون بعد فرود و نسبت هندسی عمق جریان به قطر محیط متخلخل روابطی نیز برای تخمین ضرایب زبری ارائه گردید که برای تخمین ضرایب مانینگ و دارسی-ویسباخ به ترتیب دارای خطای نسبی 14 و 26 درصد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The experimental investigation on friction coefficient along longitudinal water surface profile through rockfill porous media

نویسندگان [English]

  • jafar chabokpour 1
  • Amir Samadi 2
1 University of maragheh
2 Assist. Prof.
چکیده [English]

Rockfill material is frequently used in construction of hydraulic structures. The cross flow regime which is mostly None-Darcy regime and estimation of friction coefficients have been investigated frequently. Many researchers have studied  the relationship between Reynolds number and friction coefficient in both power and fractional forms. In this research, by using two types of rock material namely with:  median diameters of   ,  , three entrance discharges and three hydraulic gradients the important factors in estimation of friction coefficients  was investigate. Results showed that against results of previous studies, in flow through rockfill media, having free water surface, the Froude Number demonstrated a better relationship with friction coefficient rather than Reynolds Number. Also it was observed that due to the formation of M2 longitudinal profile through the rackfill media, the active cross section along the profile decreases and consequently the friction coefficient towards exit of media decreases. Further it can be concluded that the computed friction coefficients for completely flow through  the medias are much higher than friction coefficients of channel free surface flows. Finally an attempt was made to draw the relationships in power form between effective none-dimensional parameters like Froude number, geometric ratio of flow depth and rock diameter and friction coefficients in two form of Manning and darcy-weisbach. Using combination of two none-dimensional parameters (Froude number and geometric ratio of flow depth and media diameter) two applicable relationships for darcy-weisbach and manning coefficients have been  presented which have estimation accuracies of 14 and 26 percent respectively.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Friction coefficient
  • longitudinal water surface profile
  • None Darcy flow
  • Rockfill media

Ahmed, N. and Sunada, D. K. 1969. Non-linear flow in porous media. J.Hydraul. Div.  95(6): 1840-1857.

Chabokpour, J. and Amiri-Tokaldany, E. 2016. Experimental numerical simulation of longitudinal water surface profile through large porous media. Iranian Water Res. J. In press. (in Persian)

Chabokpour, J., Amiri-Tokaldany E. and Sedghiasl. M. 2013. Estimation of friction coefficient in sediment contained flow through rockfill. Int. J. Eng. 26(1): 443-452.

Ghazi-Moradi, A. and Masumi, S. A. 1995. Investigation of flow in porous media of rockfill. 1st National Seminar of Hydraulic. Khaje-Nasir Toosi University of Technology. Iran.  (in Persian)

Hansen, D. 1992. The behavior of flow through rockfill dams. Ph. D. Thesis. Department of Civil Engineering. University of Ottawa. Ottawa, Ontario.

Hansen, D., Garga, V. K. and Townsend, D. R. 1995. Selection and application of one-dimensional flow through rockfill embankments.  Can. Geotech. J. 32(1): 223-232.

Herrera, N. M. and Felton, G. K. 1991.  Hydraulic of flow through a rockfill dam using sediment-free water. T- ASAE. 34(3): 871-­875.

 Hosseini, S. M. 1997. Development of an unsteady non-linear model for flow through coarse porous media. Ph. D. Thesis. Dissertation University of Guelph. Canada.

Julien, P. Y. 2008. Erosion and Sedimentation. Second Ed. Cambridge University Press. UK. 

Korki, J. A. 1997. Hydraulic Investigation of flow in rockfill porous media. M. Sc. Thesis. Azad Islamic University of South Tehran. (in Persian)

Li, B., Garga, V. K. and Davis, M. H. 1998. Relationship for non-darcy flow in rock-fill. J. Hydraul. Eng. 124(2): 206-212.

Maleknejad-Yazdi, M. 2011. Experimental investigation of effective parameters on sediment trapped in porous media of rockfill Dam. M. Sc. Thesis. Water Engineering Department. Gorgan University of Agricultural and Natural Resources. (in Persian)

Salehi, M. B., Sedghi-Asl, M. and Parvizi, M. 2015. None linear flow through packed column experiments. J. Hydrol. Eng. 20(9): 04015003.

Sedghi-Asl, M. and Rahimi, H. 2011. Adoption of Manning’s equation to 1D non-Darcy flow problems. J. Hydraul. Res. 49(6):814-817.

Sedghi-Asl, M. and Ansari, I. 2016. Adoption of extended dupuit–forchheimer assumptions to non-Darcy flow problems. Transport Porous Med. 113(3):459-463.

Shayannejad, M. 2000. Investigation and modeling of flow in rockfill dams and its application in flood control. Ph. D. Thesis. Irrigation Department. Tarbiat Modarres University. (in Persian)