Calculate the Output Flow Depth from a Coarse-Grained Porous Media with Radial Flow

Authors

1 Department of Civil Engineering, Bu Ali Sina University, Hamedan, Iran

2 Faculty of Civil Engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran

Abstract

     Coarse-grained gravel (rockfill material) has numerous applications in engineering including filtration, gabion construction, channel lining, stilling basins, ponds, and cobble stone dams as well as flood control. In the fine-grained media, there is a laminar flow with a linear relation between hydraulic gradient and flow velocity so that the flow follows Darcy law (Eq. 1) (McWhorter and Sunada, 1977). However, in the coarse-grained media, due to the presence of voids, flow velocity is high with a tendency to the turbulent flow formation (Hansen et al. 1995), and there is a nonlinear relation between hydraulic gradient and flow velocity and flow follows non-Darcy law. Hydraulic gradient equations in the non-Darcy media considering steady flow condition are classified into two groups of power and binomial equations, according to Eqs. 2 and 3 (Forchheimer, 1901; Leps, 1973; Stephenson, 1979).

Keywords

Main Subjects

References

بازرگان ج، شعاعی م، "تحلیل جریان‌های غیردارسی در مصالح سنگریزه‌ای با استفاده از تئوری جریان‌های متغیر تدریجی"، نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری. 1389، 44 (2)، 131-139.
شایان ­نژاد م، ابراهیمی ا، "بررسی هیدرولیک جریان شعاعی غیردارسی در آبخوان ­های آزاد در شرایط ماندگار"، نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 1398، 13 (6)، 1580-1588. 20.1001.1.20087942.1398.13.6.4.0
چابک­پور ج، امیری تکلدانی ا، "مدل ­سازی عددی-آزمایشگاهی پروفیل طولی سطح آب در محیط ­های متخلخل درشت ­دانه"، 1396، 11 (3)، 81-90.
صادقیان ج، "تحلیل جریان ­های شعاعی در بسترهای آبرفتی درشت ­دانه"، پایان­نامه دکتری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، 1392.
صادقیان ج، خیاط خلقی م، هورفر ع، بازرگان ج، "مطالعه آزمایشگاهی جریان ­های غیردارسی شعاعی در بسترهای آبرفتی درشت ­دانه"، 1393، 8 (15)، 11-21.
صدقی اصل م، رحیمی ح، فرهودی ج، محمدولی سامانی ج، "تجزیه و تحلیل پروفیل­ های جریان درون محیط ­های متخلخل درشت­ دانه"، 1389، 4 (7)، 81-88.
گودرزی م، بازرگان ج، شعاعی م، "تحلیل نیمرخ طولی سطح آب درون مصالح سنگریزه ­ای با استفاده از تئوری جریان متغیر تدریجی با در نظر گرفتن نیروی درگ"، تحقیقات آب و خاک ایران، 1399، 51 (2)، 403-415.
20.1001.1.2008479.1399.51.2.10.1
Arbhabhirama A, Dinoy AA, “Friction factor and reynolds number in porous media flow”, Journal of the Hydraulics Division, ASCE, 1973, 99 (6), 901-915. https://doi.org/10.1061/JYCEAJ.0003663
Bari R, Hansen D, “Application of gradually-varied flow algorithms to simulate buried streams”, Journal of Hydraulic Research, 2002, 40 (6), 673-683. https://doi.org/10.1080/00221680209499914
Bazargan J, Shoaei SM, “Application of gradually varied flow algorithms to simulate buried streams”,‏ IAHR Journal of Hydraulic Research, 2006, 44 (1), 138-141. https://doi.org/10.1080/00221686.2006.9521669
Forchheimer P, “Water movement through ground”, Ground Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, 1901, 45, 1736-1741.
Hansen D, Garga VK, Townsend DR, “Selection and application of a one-dimensional non-Darcy flow equation for two-dimensional flow through rockfill embankments”, Canadian Geotechnical Journal, 1995, 32 (2), 223-232.‏ https://doi.org/10.1139/t95-025
Leps TM, “Flow through rockfill, Embankment-dam engineering casagrande volume edited by Hirschfeld, RC and Poulos, SJ.‏ 1973.
McWhorter DB, Sunada DK, Sunada DK, “Ground-water hydrology and hydraulics”, Water Resources Publication,‏ LLC. U.S. Library. 1977.
Norouzi H, Bazargan J, Azhang F, Nasiri R, “Experimental study of drag coefficient in non-darcy steady and unsteady flow conditions in rockfill”, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, 2021, 1-20.‏ https://doi.org/10.1007/s00477-021-02047-4
Norouzi H, Hasani MH, Bazargan J, Shoaei SM, “Estimating output flow depth from rockfill porous media”, Water Supply, 2022, 22 (2), 1796-1809.‏ https://doi.org/10.2166/ws.2021.317
Sadeghian J, Khayat Kholghi M, Horfar A, Bazargan J, “Comparison of binomial and power equations in radial non-Darcy flows in coarse porous media”, Journal of Water Sciences Research, 2013, 5 (1), 65-75.‏
Scheidegger AE, “The physics of flow through porous media”, Soil Science, 1958, 86 (6), 355.‏ https://doi.org/10.3138/9781487583750
Sedghi-Asl M, Rahimi H, “Adoption of Manning's equation to 1D non-Darcy flow problems”, Journal of Hydraulic Research, 2011, 49 (6), 814-817. https://doi.org/10.1080/00221686.2011.629911
Sidiropoulou MG, Moutsopoulos KN, Tsihrintzis VA, “Determination of Forchheimer equation coefficients a and b Hydrological Processes: An International Journal, 2007, 21 (4), 534-554. https://doi.org/10.1002/hyp.6264
Stephenson DJ, “Rockfill in hydraulic engineering”, Elsevier Scientific Publishing Compani,‏ Distributors for the United States and Canada, 1979.
Journal of Civil and Environmental Engineering
Volume 53.3, Issue 112 - Serial Number 112
Winter of 2023
November 2023
Pages 128-133

Files

Share

How to cite

Statistics