مقايسه ساختارهاي مختلف يك شبكه لوله‌اي معادل پيشنهادي براي تحليل جريان غير خطي دو بعدي در محيط‌ هاي متخلخل درشت ‌دانه همسانگر

Comparison of Different Structures of a Proposed Equivalent Pipe Network Model for Analysis of 2D Nonlinear Flow through Isotropic Coarse Porous Media

در اين تحقيق با توجه به اهميت بررسي جريان در سازه­ هاي سنگريزه­اي درشت ­دانه، به منظور مدل­سازي جريان دو بعدي دائمي غير خطي در اين گونه سازه ­ها، يك مدل شبكه لوله­اي معادل بدون نياز به واسنجي پارامترهاي هيدروليكي و بر اساس روابط موجود در زمينه هيدروليك جريان در محيط متخلخل، معرفي گرديد. چون شبكه لوله­اي معادل داراي يك جواب منحصر به فرد نمي­باشد، سه ساختار مختلف از مدل شبكه لوله­اي معادل با قطرهاي متفاوت، تعريف گرديد. تعداد لوله ­ها در هر امتداد بر مبناي تساوي تخلخل سطحي محيط متخلخل و مدل شبكه لوله ­اي معادل، محاسبه گرديد. عامل اصطكاك لوله ­ها نيز كه تابعي از سرعت جريان در لوله هاست، در هر گام تحليل شبكه به گونه ­اي محاسبه شد كه افت ارتفاع هيدروليكي در واحد طول محيط متخلخل و مدل شبكه لوله­اي معادل، يكسان باشد. نتايج تحليل جريان در ساختارهاي مورد بررسي شامل پروفيل سطح آب و دبي جريان، با مقادير موجود نظير آن از يك سازه سنگريزه­اي احداث شده در يك فلوم آزمايشگاهي، مقايسه گرديد. كمترين خطا در ساختاري كه در آن قطر لوله ­ها بر اساس تساوي شعاع هيدروليكي متوسط محيط متخلخل با شعاع هيدروليكي لوله ­ها محاسبه گرديد، مشاهده شد. نتايج بيانگر آن هستند كه شبكه لوله­اي معادل، پتانسيل اين را دارد كه از قابليت­هاي موجود در تحليل جريان در شبكه­ هاي توزيع آب بهره گيرد و به عنوان يك روش عددي در تحليل جريان در محيط متخلخل مورد استفاده قرار گيرد.

An equivalent pipe network model (EPNM), is proposed in this study for analysis of steady two-dimensional (2D) nonlinear flow with free surface through structures made of coarse granular porous media. Pipe network used for modeling the pores and throats within the porous media, consists of orthogonal pipelines in which flow through the pipelines simulates flow through porous media. Physical and geometrical characteristics of the pipe network model such as diameter, length and friction factor of pipes are determined based on porous media characteristics e.g. porosity, mean particle size and friction factor in the turbulent region of flow. Since there is not a unique structure for an EPNM, performance of three different structures of the developed EPNM with different pipe diameters is investigated. A set of available experimental data for a physical model made of rockfill is used to compare the performance of different structures of EPNM.