بررسي ضريب اصطكاك دارسي‌ويسباخ درون محيط متخلخل پاره‌سنگي در جريان حاوي رسوب

Investigation of Darcy Weisbach coefficient in porous media of rock fill dam in laden sediment flow

سدهاي پاره‌سنگي به‌علت طبيعت نفوذپذير و توجيه اقتصادي به سبب تامين مصالح مورد نياز در محل، از جمله سازه‌هايي هستند كه براي تسكين و مهار سيلاب در حوضه‌هاي آب‌ريز مورد توجه زيادي قرار گرفته‌اند. براي طراحي صحيح اين‌گونه سدها، شناخت هيدروليك جريان عبوري از آن‌ها امري ضروري است. با توجه به اين‌كه تاكنون عمده پژوهش‌ها بر روي رفتار جريان بدون رسوب در اين سازه‌ها استوار بوده است، در اين پژوهش به‌منظور بررسي رفتار جريان شامل رسوب، آزمايش‌هايي بر روي مدل آزمايشگاهي انجام شد. اين آزمايش‌ها در فلومي شيب‌پذير با در نظر گرفتن 3 شيب كف (001/0، 005/0 و 01/0) و بهره‌گيري از 4 محيط متخلخل پاره‌سنگي (2 محيط ريزدانه و 2 محيط درشت‌دانه) و تزريق 3 نوع رسوب غيرچسبنده (4/0، 6/0 و 8/0 ميلي‌متر) انجام شد. با توجه به شبيه‌سازي جريان درون سازه‌هاي پاره‌سنگي با جريان درون لوله‌هاي تحت فشار، اصلي‌ترين رابطه اين شبيه‌سازي (رابطه بين عدد رينولدز و ضريب اصطكاك دارسي‌ويسباخ) در شرايط جريان شامل رسوب بررسي و اصلاح شد. نتايج آزمايش‌ها نشان داد، به‌طوركلي جريان شامل رسوب از ضريب اصطكاك بالاتري نسبت به جريان بدون رسوب برخوردار بوده و رابطه‌هاي ارايه شده توسط پژوهشگران قبلي كه در شرايط جريان بدون رسوب استخراج شده است، نمي‌تواند تخمين مناسبي از ضريب اصطكاك دارسي‌ويسباخ در شرايط جريان شامل رسوب ارايه كند. با توجه به اين تفاوت رابطه‌هايي با در نظر گرفتن عامل رسوب در جريان شامل رسوب ارايه شد. انتظار مي‌رود از نتايج اين پژوهش و رابطه‌هاي به‌دست آمده بتوان در جهت تخمين ضريب اصطكاك دارسي‌ويسباخ در جريان شامل رسوب در محدوده اندازه ذرات و اعداد رينولدز ذكر شده استفاده كرد.

Due to the nature of permeability and economic consideration, Rock fill dam structures have been attracted by many engineers for flood relief pourpose. Knowledge of flow passing hydraulic is necessary for proper design of this structure. Due to the fact that most of former studies were based on no sediment laden flow, therefore the mechanism of sediment laden flow in this structure is studied experimentally. The experiments were conducted in a recirculating flume with various bed slope (i.e 0.001, 0.005 and 0.01), feeding sediment size (0.4, 0.6 and 0.8 mm) and 4 porous media (2 fine media and 2 coarse media). By simulating the flow in rock fill dam with pressurised flow in pipes, the basic relation between f and Re is obtained in sediment laden flow condition. The results showed that the friction coefficient of sediment laden flow is higher than non sediment flow and the previous empirical relationship doesn’t give accurate estimates of Darcy-Weisbach factor in sediment laden flow.