بررسی عددی گذر جریان از درون محیط متخلخل درشت دانه با سطح آزاد

شبیه سازی جریان درون محیط های متخلخل، کاربردهای متعددی در شاخه های مختلف علوم و مهندسی از جمله مهندسی منابع آب، محیط زیست، مهندسی شیمی، مهندسی نفت و هیدرولوژی آبهای زیرزمینی دارد. تا کنون در راستای درک بیشتر رفتار جریان درون محیط های متخلخل، مطالعات تئوریک و بررسی های آزمایشگاهی زیادی بر مبنای معادلات دارسی و فرشهایمر و ترکیب آنها با معادله پیوستگی صورت گرفته است. با توجه به اینکه هر شبکه از یکسری مجرا و حفره تشکیل شده، لذا در این نوع شبیه سازی، حفره ها مبین فضاهای خالی بین ذرات محیط های متخلخل، و مجراها نشان دهنده کانال هایی هستند که این حفره ها را به یکدیگر متصل می کنند. در این مطالعه با استفاده از نظریه مبانی حاکم بر مدل های شبکه ای، به تحلیل جریان آشفته ماندگار درون محیط های سنگریزه ای درشت دانه با سطح آزاد پرداخته شده است. با توجه به اینکه طبیعت جریان در اینگونه محیط ها بگونه ایست که بخشی از آن بصورت تحت فشار بوده و بخشی که در نزدیکی خط جریان قرار دارد، در ارتباط مستقیم با اتمسفر می باشد. لذا در راستای تحلیل عددی جریان و تدوین برنامه کامپیوتری آن، جریان مزبور بصورت جریان ترکیبی تحت فشار ـ سطح آزاد در نظر گرفته شده و با استفاده از مدل شبکه ای مورد بررسی قرار می گیرد و با توجه به این نوع مفهوم سازی از جریان، با اعمال اصلاحاتی که بر روی نرم افزار epanet انجام گرفته، امکان استفاده موثرتری از نرم افزار مذکور را فراهم می سازد. جهت کنترل صحت فرضیات بکار گرفته شده در تبیین مدل کامپیوتری در این نوع مدلسازی، به بررسی مقایسه ای نتایج مشاهدات آزمایشگاهی موجود با نتایج محاسباتی حاصل از اجرای مدل ریاضی پرداخته شده است. مهم ترین مسأله در بررسی جریان درون محیط های متخلخل با ذرات کروی یکسان با استفاده از مدل شبکه ای، تعیین ابعاد شبکه و مشخصه های هندسی لوله ها می باشد، لذا در این پژوهش روش خاصی جهت تعیین مشخصه های مزبور، متناسب با مشخصه های هندسی محیط متخلخل، تبیین و ارائه گردیده و به منظور بررسی صحت این روش، مقایسه ای بین نتایج مشاهدات آزمایشگاهی موجود و نتایج محاسباتی حاصل از اجرای مدل ریاضی صورت گرفته است. همانگونه که در نمودارها مشاهده می شود، محاسبه مقدار دبی خروجی نتایج حاصل از محاسبات عددی در مقایسه با مشاهدات آزمایشگاهی موجود، 63/97 درصد مطابقت داشته و پروفیل جریان محاسبه شده دارای 98 درصد همخوانی با مقادیر مشاهده ای داشته است. با توجه به مقادیر فوق، بطور کلی مدل شبکه ای می تواند جریان آشفته سیال درون محیط های سنگریزه ای با سطح آزاد را بخوبی شبیه سازی نماید.