مطالعه آزمايشگاهي جريان‌هاي غيردارسي شعاعي در بسترهاي آبرفتي درشت‌دانه

Experimental study of radial non-Darcy flows in coarse alluvial beds

تحليل جريان‌هاي غير‌آرام درون بسترهاي آبرفتي درشت‌دانه در مسايل مختلف مهندسي عمران، نفت ‌و گاز، زمين‌شناسي و ... كاربرد‌هاي زيادي دارد. از آنجايي ‌كه رابطه دارسي براي تحليل جريان‌هاي انتقالي و آشفته، ‌اعتبار نداشته، پس لازم است از رابطه‌هاي غيردارسي استفاده شود‌. رابطه‌هاي غيردارسي به دو گروه تواني و دوجمله‌اي تقسيم‌بندي مي‌شوند. رابطه‌ دو‌جمله‌اي ‌در دامنه‌ گسترده‌اي از تغييرات سرعت،‌ دقت بيشتري نسبت به رابطه‌ تواني داشته و ‌اعتبار ‌آن از طريق تحليل ابعادي و معادلات ناويه- ‌استوكس تاييد مي‌شود. تا‌كنون تحليل جريان‌ غير‌دارسي آزاد و تحت‌فشار، براي شرايطي‌كه خطوط جريان به نسبت موازي ‌‌است، توسط تعداد زيادي از پژوهشگران ارزيابي شده است. پژوهش‌هاي انجام شده در تحليل جريان ‌غير‌دارسي همگراي‌ تحت‌فشار حاكي از آن‌ است كه اولاً‌ رفتار اين نوع جريان با جرياني كه در آن خطوط ‌جريان به نسبت موازي‌ است، متفاوت است. ثانياً رابطه‌ دو‌جمله‌اي ‌در تحليل اين ‌نوع جريان اعتبار داشته و دقت ‌خوبي دارد. در اين پژوهش با ساخت دستگاه آزمايش نيمه‌استوانه‌اي شكل به قطر 6 و ارتفاع 3 متر، آزمايش‌هاي زيادي انجام شد كه نتايج آن‌ها نشان مي‌دهد كه رفتار جريان‌هاي‌ شعاعي با سطح ‌آزاد، با رفتار جريان تحت‌فشار همگرا و با رفتار جريان‌غير‌دارسي، كه در آن خطوط ‌جريان به نسبت موازي ‌است، فرق مي‌كند.

Analysis of non-laminar flows in coarse alluvial beds have many applications in different fields such as oil and gas, civil and geology engineering. Since the Darcy equation doesn’t work for analyzing turbulent and transitional flows, we are forced to use nonlinear relationships, divided into two groups of exponential and binomial. The binomial relationship has more accuracy in a vast domain of speed variations than exponential relationship, as its validity has been confirmed through dimensional analysis and Navier- Stokesʹs equations. Until now, the non-Darcy flow analysis in conditions with relatively parallel flow lines, for free surface and under-pressure states, has been evaluated by many researchers. The researches carried out about the analysis of non-Darcy under pressure flow with convergent lines indicated that a) the behavior of this flow is different from the one with relatively parallel flow lines, b) the binomial relationship works well in the analysis of this flow, with a great accuracy. In this research, an experimental setup with a semi cylindrical shape with a diameter of 6 m and height of 3 m was constructed. The results of experimental research showed the behavior of radial flows with free surface differs from convergent under-pressure flow and from that of non-Darcy flow with relatively parallel streamlines.