Abstract




 
   

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 26, No. 2 (February 2013) 187-196   

PDF URL: http://www.ije.ir/Vol26/No2/B/9.pdf  
downloaded Downloaded: 260   viewed Viewed: 1210

  ESTIMATION OF FRICTION COEFFICIENT IN SEDIMENT CONTAINED FLOW THROUGH ROCKFILL
 
J. Chapokpour, E. Amiri Tokaldany and M. Sedghi Asl
 
( Received: August 13, 2012 – Accepted: November 15, 2012 )
 
 

Abstract    An increase in the flow velocity in flowthrough large porous media and deflection of flow regime from Darcy law causes a nonlinear relationship between hydraulic gradient and pore velocity of media. So many investigations have done previously in such Medias. One of the most important subjects in flowthrough large porous media is relationship between friction coefficient and flow characteristics which previously focused by some of investigators. On the other hands, most of the structures which are generated from such media like detention rockfill dams convey sediment contained flow. Therefore a detailed investigation is needed to study relationship between friction coefficient and flow characteristics in the sediment contained flowthrough. Also in most of previous studies the friction coefficient presented in Darcy-Weibach form which is not so common in the open channel flow between hydraulic engineers like manning coefficient. In this study required data was collected from four different sources. Three series of them were operated in the sediment contained and another one was operated in sediment free flowthrough mood. By using some basic equations about pore velocity and frictional coefficient new relationships were developed and calibrated for estimation of manning coefficient in open channel fowthrough porous media. It was found that modified Wilkins equation has a better estimation for manning coefficient in both of sediment free and contained flow rather than Ergun and Sedghi’s one. Also it was found that general trend of moody diagram for pipe flow is established in flowthrough large porous media such that by increase in the media Reynolds number, the manning coefficient limits to a constant value and become dependent to the media characteristics.

 

Keywords    None Darcy flow, Sediment contained flowthrough, Friction Coefficient

 

چکیده    افزایش سرعت جریان درون محیط های متخلخل درشت دانه و انحراف از قانون دارسی باعث ایجاد رابطه غیرخطی مابین گرادیان هیدرولیکی و سرعت درون منافذ محیط می گردد. یکی از موضاعات مهم در زمینه جریان داخل این نوع محیط ها نحوه ارتباط ضریب اصطکاک با مشخصات جریان می باشد که در گذشته توسط محققان مختلفی مورد بررسی قرار گرفته است. با این وجود همچنان نیاز به استخراج یک رابطه کلی و دقیق که همه داده های آزمایشگاهی موجود را پوشش دهد احساس می گردد. همچنین محققان گذشته دراستخراج روابط خود از ضریب اصطکاک دارسی-ویسباخ استفاده کرده اند که این ضریب همانند ضریب مانینگ برای مسائل جریان کانال های روباز مابین مهندسین هیدرولیک متداول نیست. در این مطالعه داده های آزمایشگاهی مورد نیاز از چهار منبع مختلف گرد آوری گردید که داده های مربوط به سه منبع در حالت جریان حاوی رسوب و داده های منبع چهارم در حالت جریان صاف اجرا گردیده بود. با استفاده از روابط پایه ای موجود مابین سرعت جریان درون محیط متخلخل و ضریب اصطکاک، روابط جدیدی برای تخمین ضریب مانینگ درون محیط های متخلخل با جریان آزاد استخراج و واسنجی گردید. در انتها مشاهده گردید که رابطه اصلاح شده ویلکینز تخمین بهتری نسبت به روابط ارگان و صدقی برای هر دوحالت جریان صاف و جریان حاوی رسوب ارائه می نماید. همچنین مشاهده گردید که روند عمومی دیاگرام مودی برای جریان درون محیط های متخلخل درشت دانه نیز حکمفرما می باشد بدین صورت که با افزایش عدد رینولدز جریان مقدار ضریب اصطکاک به یک میزان محدود گردیده و به مشخصات محیط متخلخل وابسته می گردد.

References   

Bear, J., "Dynamics of fluids in porous media", New York, Elsevier Science,  (1972).

2.     Barr, D. W., "Turbulent flow through porous media", Ground Water,  Vol. 39, No. 5, (2001), 646-650.

3.     Streeter, V., "Fluid Mechanics and Hydraulic", McGraw-Hill Publishing,  (1998 ).

4.     Sedghi-Asl, M. and Rahimi, H., "Adoption of Manning's equation to 1D non-Darcy flow problems", Journal of Hydraulic Research,  Vol. 49, No. 6, (2011), 814-817.

5.     Samani, J. and Emadi, A., "Introducing the relationship of critical hydraulic gradient to noncohesive sediment transport in rockfill dams", in 4th Iranian Hydraulic Conference., Shiraz, Iran, (2003).

6.     Hansen, D., "The behaviour of flowthrough rockfill dams, in Department of Civil Engineering", University of Ottawa: Ottawa, Ontario, (2009)

7.     Mousavi, S., Amiri-Tokaldani, E. and Davoudi, M., "Introducing relationships to determine the critical hydraulic gradient and non-cohesive sediment transport discharge in rock-fill dams", Journal of Water and Soil (Agricultural Sciences and Technology), (2011).

8.     Henderson., F. M., "Open channel flow", New York, Mc Milan Book Co.,  (1966).

9.     Hansen, D. and Bari, R., "Uncertainty in water surface profile of buried stream flowing under coarse material", Journal of Hydraulic Engineering,  Vol. 128, No. 8, (2002), 761-773.

10.   Li, B., Garga, V. K. and Davies, M. H., "Relationships for non-Darcy flow in rockfill", Journal of Hydraulic Engineering,  Vol. 124, No. 2, (1998), 206-212.

11.   Ergun, S., "Fluid flow through packed columns", Chemical Engng. Progress,  Vol. 48, No., (1952), 89-94.

12.   Stephenson, D., "Rockfill in hydraulic engineering, Amsterdam, Elsevier Scientific,,  Vol. 27,  (1979).

13.   Emadi, A., Samani, J. and Ghaderi, K., "Determination of noncohesive sediment Capacity in Rockfill dams", in 5th Iranian hydraulic conference, Kerman, Iran, (2005).

14.   Salehi., R., "An empirical study on hydraulic conductivity for turbulent flow through gravelly porous media", University of Tehran, Karaj, Iran, (2003).

15.           Nazemi., A., "Flow hydraulics and sediment transport through pervious rockfill detention dams", University of Putra, Putra, Malaysia, (2011).


Download PDF 



International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir