Estimation of Friction Coefficient in Sediment Contained Flow through Rockfill

افزايش سرعت جريان درون محيط هاي متخلخل درشت دانه و انحراف از قانون دارسي باعث ايجاد رابطه غيرخطي مابين گراديان هيدروليكي و سرعت درون منافذ محيط مي گردد. يكي از موضاعات مهم در زمينه جريان داخل اين نوع محيط ها نحوه ارتباط ضريب اصطكاك با مشخصات جريان مي باشد كه در گذشته توسط محققان مختلفي مورد بررسي قرار گرفته است. با اين وجود همچنان نياز به استخراج يك رابطه كلي و دقيق كه همه داده هاي آزمايشگاهي موجود را پوشش دهد احساس مي گردد. همچنين محققان گذشته دراستخراج روابط خود از ضريب اصطكاك دارسي-ويسباخ استفاده كرده اند كه اين ضريب همانند ضريب مانينگ براي مسايل جريان كانال هاي روباز مابين مهندسين هيدروليك متداول نيست. در اين مطالعه داده هاي آزمايشگاهي مورد نياز از چهار منبع مختلف گرد آوري گرديد كه داده هاي مربوط به سه منبع در حالت جريان حاوي رسوب و داده هاي منبع چهارم در حالت جريان صاف اجرا گرديده بود. با استفاده از روابط پايه اي موجود مابين سرعت جريان درون محيط متخلخل و ضريب اصطكاك، روابط جديدي براي تخمين ضريب مانينگ درون محيط هاي متخلخل با جريان آزاد استخراج و واسنجي گرديد. در انتها مشاهده گرديد كه رابطه اصلاح شده ويلكينز تخمين بهتري نسبت به روابط ارگان و صدقي براي هر دوحالت جريان صاف و جريان حاوي رسوب ارايه مي نمايد. همچنين مشاهده گرديد كه روند عمومي دياگرام مودي براي جريان درون محيط هاي متخلخل درشت دانه نيز حكمفرما مي باشد بدين صورت كه با افزايش عدد رينولدز جريان مقدار ضريب اصطكاك به يك ميزان محدود گرديده و به مشخصات محيط متخلخل وابسته مي گردد.

An increase in the flow velocity in flow through large porous media and deflection of flow regime from Darcy law causes a nonlinear relationship between hydraulic gradient and pore velocity of media. One of the most important subjects in flow through large porous media is relationship between friction coefficient and flow characteristics which was previously focused by some investigators but it is needed to extract general and more accurate relationships for all of their data series. Also, in most of previous studies the friction coefficient was presented in Darcy-Weisbach form which is not so common in the open channel flow between hydraulic engineers like Manning coefficient. In this study, the required data were collected from four different sources. Three series of them were operated in the sediment contained flowthrough mode and another one was operated in sediment free flowthrough mode. Using some basic equations about pore velocity and frictional coefficient, the new relationships were developed and calibrated for estimation of manning coefficient in open channel fow through porous media. It was found that modified Wilkins equation had a better estimation for manning coefficient in both sediment free and sediment 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 flow through 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.