بررسی آزمایشگاهی تغییرات گرادیان هیدرولیکی جریان غیرماندگار درون مصالح زهکشی تحت فشار

تحلیل جریان غیر ماندگار با استفاده از معادلات سنت ونانت انجام می‌شود. محاسبه شیب خط انرژی (sf) از اهمیت بالایی در تحلیل جریان غیر ماندگار برخوردار است. از آنجاییکه در محیط متخلخل درشت‌دانه، sf برابر با گرادیان هیدرولیکی (i) است، محاسبه i اهمیت بالایی دارد. در پژوهش حاضر، با استفاده از داده‌های آزمایشگاهی ثبت شده در سیلندری فولادی به قطر 16 سانتی‌متر و طول 70 سانتی‌متر که 40 سانتی‌متر آن از سنگریز با سه دانه‌بندی ریز، متوسط و درشت پر شده، به بررسی جریان غیر ماندگار در محیط متخلخل تحت فشار پرداخته ‌شده‌است. جهت بهینه‌یابی ضرایب رابطه دوجمله‌ای فورشهایمر که در جریان ماندگار (a, b) و رابطه سه‌جمله‌ای که در جریان غیرماندگار کاربرد دارند (a, b, c) از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (pso) استفاده شده‌است. نتایج پژوهش حاضر بیانگر آن است که، مقادیر مربوط به میانگین خطای نسبی (mre) در حالت استفاده از رابطه سه‌جمله‌ای نسبت به رابطه دوجمله‌ای جهت محاسبه گرادیان هیدرولیکی جریان غیرماندگار، در مصالح ریزدانه 14.5، در مصالح با اندازه متوسط 14.7 و در مصالح درشت‌دانه 12.2 درصد بهبود یافته‌است. مقدار جمله‌ی سوم رابطه سه‌جمله‌ای نسبت به گرادیان هیدرولیکی ((cdv/dt)/i) در مصالح ریزدانه 7.23، در مصالح با اندازه متوسط 14.79 و در مصالح درشت‌دانه 17.01 درصد به‌دست آمده‌است. به‌عبارت دیگر، از آنجاییکه با افزایش قطر مصالح، کارایی رابطه غیر خطی (غیر دارسی) نسبت به رابطه خطی (دارسی) افزایش می‌یابد، جمله سوم رابطه‌ سه‌جمله‌ای نیز تاثیر بیشتری در محاسبات گرادیان هیدرولیکی دارد.

Experimental Study of Hydraulic Gradient Changes in Unsteady flow within Confined Drainage Materials

Unsteady flow analysis is performed using the equations of St. Venant. Calculating the slope of the energy line (Sf) is of great importance in the analysis of unsteady flow. Since Sf is equal to the hydraulic gradient (i) in a coarse porous media, the calculation of i is of great importance. In the present study, using experimental data recorded in a steel cylinder with a diameter of 16 cm and a length of 70 cm, 40 cm of which is filled with rockfill with three small, medium, and large grains, investigated the unsteady flow in a confined porous media. The particle swarm optimization (PSO) algorithm is used to optimize the Forchheimer binomial relation coefficients used in steady flow (a, b) and the triplet relation used in unsteady flow (a, b, c). The results of the present study indicate that the values related to the mean relative error (MRE) in the case of using a triple relation to the binomial relation to calculate the hydraulic gradient of unsteady flow, in small materials 14.5, in medium materials 14.7 and in large material, it has improved by 12.2%. The value of the third sentence is a triple relation to the hydraulic gradient ((cdv/dt)/i) in 7.23% in small materials, 14.79% in medium materials, and 17.01% in large materials. In other words, since with increasing the diameter of the material, the efficiency of the nonlinear (nonDarcy) relation increases compared to the linear (Darcy) relation, the third sentence of the triple relation also has a greater effect on the hydraulic gradient calculations.