بررسي آزمايشگاهي ضريب زبري جريان در پروفيل‌هاي طولي تشكيل شده درون محيط پاره‌سنگي

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

مصالح سنگريزه‌اي به وفور در ساخت سازه‌هاي آبي كاربرد دارند. رژيم جريان عبوري كه اكثراً غير دارسي است و نحوه محاسبه ضرائب زبري جريان قبلاً مورد پژوهش قرار گرفته است. اكثر محققان پيشين با استفاده از ايجاد ارتباط مابين عدد رينولدز و ضريب زبري در دو فرم تواني و دو جمله‌اي اين مساله را مورد ارزيابي قرار داده‌اند. در اين تحقيق آزمايشگاهي با استفاده از دو نوع سنگ‌دانه با قطر‌هاي d_50=1.1cm و d_50=1.6cm و سه مقدار دبي واحد عرض و همچنين سه مقدار گراديان هيدروليكي، اقدام به بررسي پارامتر‌هاي موثر در ضريب زبري جريان عبوري گرديد و نتايج نشان داد كه برخلاف آنچه كه محققان قبلي ارائه نموده‌اند در جريان‌هاي عبوري از محيط‌هاي سنگريزه‌اي كه داراي سطح آزاد با هوا مي‌باشد، پارامتر عدد فرود ارتباط بهتري نسبت به پارامتر عدد رينولدز با ضرايب زبري برقرار مي-نمايد. مقادير عددي محاسبه شده براي ضرايب زبري جريان‌هاي كاملاً درون‌گذر در قياس با جريان‌هاي با سطح آزاد بسيار بيشتر است و در نهايت روابطي به فرم تواني مابين اعداد بدون بعد فرود، نسبت هندسي عمق به قطر محيط و ضرايب زبري در دو فرم زبري مانينگ و دارسي-ويسباخ برقرار گرديد. با استفاده از روابط پارامتر-هاي ابعادي و تركيب اعداد بدون بعد فرود و نسبت هندسي عمق جريان به قطر محيط متخلخل روابطي نيز براي تخمين ضرايب زبري ارائه گرديد كه براي تخمين ضرايب مانينگ و دارسي-ويسباخ به ترتيب داراي خطاي نسبي 14 و 26 درصد مي‌باشد.

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.