بررسی آزمایشگاهی و عددی جریان در محیط‌های متخلخل دانه درشت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دزفول، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه عمران سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دزفول، ایران.

چکیده

با توجه به اینکه افزایش سرعت در حفرات یک محیط متخلخل، آشفتگی جریان را افزایش می­دهد، استفاده از رابطه دارسی و روابطی که از فرض­های جریان لایه­ای استفاده می­کنند، از ضریب اطمینان خوبی برخوردار نیست. بنابراین نیاز به روابطی است که با در نظر گرفتن آشفتگی جریان، گرادیان هیدرولیکی را با توجه به سرعت جریان و مشخصات مکانیکی خاک، برآورد کند. از جمله روش­هایی که از مقبولیت زیادی برخوردار است می­توان به رابطه دوجمله­ای فورش­هایمر اشاره کرد. در این مطالعه با انجام آزمایشاتی روی جریان در محیط­های متخلخل برای هفت خاک با دانه­بندی مختلف، مقادیر آزمایشگاهی سرعت جریان و گرادیان هیدرولیکی اندازه­گیری شد سپس روابط مختلفی با استفاده از الگوریتم­های ازدحام ذرات و ژنتیک به منظور اصلاح ضرایب رابطه فورش­هایمر ارایه شد. الگوریتم ژنتیک مبنی بر رفتار حرکت جامعه پرندگان و ماهی­ها به دنبال شکار تعریف می­شود. به منظور محاسبه ضرایب رابطه فورش­هایمر، ابتدا با استفاده از آنالیز ابعادی عوامل موثر در برآورد این ضرایب تعیین شد و سپس با استفاده از پارامترهای بی­بعد، رابطه‌ای جهت پیش‌بینی ضرایب اول و دوم رابطه فورش­هایمر بر حسب خصوصیات مکانیکی محیط­های متخلخل دانه درشت ارایه شد. نتایج نشان داد در پیش‌بینی ضرایب فورش­هایمر روش الگوریتم ژنتیک نسبت به الگوریتم ازدحام ذرات از دقت بیش­تری برخوردار است. همچنین با توجه به این­که رابطه فورش­هایمر با دو روش متفاوت حل شده و هر دو روش به جواب­های بسیار نزدیک به هم رسیده‌اند، بیانگر دقت حل روش­های ارایه شده در این تحقیق می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Investigation Flow in Porous Media by Coarse-Grained

نویسندگان [English]

  • Ebrahim Nohani 1
  • Ezatollah Alimakan 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Young Researchers and Elite Club, Dezful Branch, Islamic Azad University., Dezful., Iran
2 Graduate Student, Civil Engineering Department, Hydraulic Structures, Islamic Azad University, Dezful Branch, Iran.
چکیده [English]

Considering that increasing speed in the pores of a porous milieu, turbulent flow increases, Darcy equation and equations that using the laminar flow assumptions, has no confidence coefficient. Therefore need to equations that consider turbulent flow, estimate hydraulic gradient according to the flow velocity and mechanical properties of the soil. Such methods that have great plausibility cab be noted the binomial Forchheimer equation. In this study conducted experiments on flow in porous zone for soil with seven different gradations, laboratory values were ​​measured and by using different methods calculated coefficients Forchheimer. The method used in this experiment consisted of the algorithm genetic and particles swarm algorithm. In order to calculate the equation coefficients Forchheimer, at the first by using the dimensional analysis factors in estimating the coefficients determined and then by using the dimensionless parameters, estimated coefficients of the screw. The obtained results indicate the superiority of the proposed genetic algorithm compared with particles swarm algorithm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Forchheimer equation
  • Genetic Algorithms
  • Particle swarm algorithms

بیر،ج.، تاران،ت و نورآبادی،س. 1393. مدل­سازی جریان آب زیرزمینی و انتقال آلاینده: تئوری و کاربردهای انتقال در محیط­های متخلخل، اتنشارات دیباگران. تهران.

شایان‌نژاد،م. 1378. بررسی و مدل سازی جریان در سدها و کاربرد آن در کنترل سیل. پایان نامه دکتری آبیاری و زهکشی، دانشگاه خواجه نصیر طوسی. 378ص.

خیاط­خلقی،م.، مالمیر،م.، ناصری،ح.ر و هورفر،ع.ح. 1394. تاثیر نفوذپذیری و پخشیدگی مولکولی بر الگوی جریان همرفتی در محیط­های متخلخل درز و شکاف­دار. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 46.2: 363-372

صدقی­اصل،م.، رحیمی،ح فرهودی،ج و محمد ولی سامانی،ج. 1389. تجزیه و تحلیل پروفیل­های جریان درون محیط­های متخلخل درشت­دانه. مجله پژوهش آب ایران. 7.1: 81-94.

جلال‌الدین،ک.، 1375. بررسی هیدرولیک جریان در محیط‌های متخلخل سنگریزه‌ای. پایان نامه کارشناسی ارشد. رشته سازه های آبی. دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب. 275 ص.

قاضی مرادی،ا،. 1384.  تعیین سرعت جریان آب در سازه های متخلخل سنگدانه ای و پاره سنگی برای کنترل سیل و آبخیزداری، مجله پژوهش و سازندگی، شماره 69، صفحه 35.

قاضی مرادی،ا.، معصومی.، س.م.، 1373. بررسی جریان در محیط های متخلخل دزشت دانه. اولین همایش ملی هیدرولیک ایران، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران.

ملک نژاد یزدی،م.، دهقانی،ا.، داودی،م.ه.، مفتاح هلقی،م و ناظمی،ا.ی. 1389. بکارگیری سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی در تحلیل هیدرولیکی جریان در محیط متخلخل پاره­سنگی. نهمین کنفرانس هیدرولیک ایران.

Balhoff,M., Mikelic,A and Wheeler,M.F. 2010. Polynomial Filtration Laws for Low Reynolds Number Flows Through Porous Media. Transport in Porous Media .81:35-60.

Bingjum,L and Garga,K.L. 1998. Theoretical Solution for Seepage Flow in over Topped Rock fill. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE Library. 37.2: 213-217.

Ergun,S. 1952. Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress. 48.2: 89-94.

Hansen,D. 1992. The Behaviour of Flow Through Rock fill Dam. Ph.D. Thesis. Ottawa University, Department of Civil Engineering, p 102.

Herrera,N.M and Felton,G.K. 1991. Hydraulic of Flow Throuth a Rockfill Dam Using Sediment-free water. Journal of Hydraulic Engineering. ASCE Library. 34.3: 871-875.

Khalifa,M., Wahyudi,I and Thomas,P.A. 2000. New Device for Measuring Permeability Under High Gradients and Sinusoidal Gradients. Geotechnical Testing Journal. 23.4: 404-412.

Mc Corquodale,JA., Hannoura, A and Nasser,M.S .1978. Hydraulic Conductivity of Rock fill. Journal of Hydraulic Research. Delft. The Netherlands. 16.2: 123-137.

Martins,R. 1990. Turbulent seepage flow through rock fill structures. Water Power and Dam Construction. 90:41-45.

Martins,AA., Laranjeira,P.E., Lopes,J.C.B and Dias,M.M. 2007. Network modeling flow in a packed bed. American Institute of Chemical Engineers Journal.53.1: 91-107

Rocha.R.P.A and Cruz,M.E. 2010. Calculation of the permeability and apparent permeability of three-dimensional porous media. Transport in Porous Media .83:349-373.

Stephenson, D.J. 1979. Rock fill in Hydraulic Engineering. Elsevier scientific, Amsterdam, Netherlands. Volume 27,1st Edition. 228 pages.

Wilkins,J.K. 1956. Flow of water through rock fill and its application to the design of dams. Proceedings of the 2nd Australia-New Zealand Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. 144-149.

Ward  JC (1964) Turbulent flow in porous media. J. Hydra. Div. ASCE 95(6):1-11.

Xiexing,M., Shuncai,L., Zhanqing,C and Weiqun,L. 2011. Experimental Study of Seepage Properties of Broken Sandstone Under Different Porosities. Transport in Porous Media .86:805-814.