Study of flow through rockfill in channel

 

Etude des écoulements dans une mèche en canal

 

A. Soualmia1*, M. Jouini2, D. Dartus3  

[1]Laboratoire Sciences et Techniques de l’eau (LSTE), de Institut National Agronomique de Tunisie (INAT),

Université de Carthage, 43 Avenue Charles Nicolle, 1082 Tunis, Tunisie

2Laboratoire Sciences et Techniques de l’eau (LSTE), de Institut National Agronomique de Tunisie (INAT),

Université de Carthage, 43 Avenue Charles Nicolle, 1082 Tunis, Tunisie

3Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (Institut National Polytechnique de Toulouse), 

Allée du professeur Camille Soula 31400 Toulouse, France

* Corresponding author. E-mail: Amel.soualmia@ipeim.rnu.tn/Jouini_manel@hotmail.fr/Denis.Dartus@imft.fr

Received: 24 October 2012; revised version accepted: 05 March 2013

 

Abstract

     We present the results of an experimental, theoretical, and also numerical study of free surface buried flows that we have undertaken in the laboratory LSTE of INAT. This work was conducted as part of collaboration with the engineering international office MECATER which included the construction of a new channel with large section in INAT, this channel was designed to study the losses in porous media with high porosity for which Darcy's law is no longer applicable.

The experiments consisted in determining the evolution of the free surface for different geometrical characteristics of riprap and different flow rates. These tests were used to verify different laws of head loss proposed in the literature, by performing numerical simulations of the evolution of the water surface for each experiment.

     The analysis of our results shows that the Stephenson’s formula is relevant to calculate the non-linear head loss for flows with high Reynolds number of pore. Furthermore, the simulations have highlighted the important role of porosity.

     These results should be confirmed by further tests to assess in particular the influence of the slope and to analyze the behavior of the flow at the inlet and outlet of the riprap.

 

Keywords: Non Darcian flow; Experiments; Simulations; Flow through riprap; Stephenson’s formula.

 

Résumé

     Nous présentons les résultats d’une étude expérimentale et théorique ainsi que des simulations numériques des écoulements enterrés à surface libre que nous avons entreprise au laboratoire LSTE de l’INAT. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration avec le bureau d’études international MECATER qui a notamment construit un nouveau canal de grande section à l’INAT. Ce canal est destiné à l’étude des pertes de charge dans des milieux poreux de grande porosité pour les quels la loi de Darcy n’est plus applicable.

     Les expériences ont consisté à déterminer l’évolution de la surface libre pour différentes caractéristiques géométriques des enrochements et pour différents débits. Ces essais ont permis de tester les lois de perte de charge proposées dans la littérature en réalisant des simulations numériques de l’évolution de la ligne d’eau pour chaque expérience.

     L’analyse de l’ensemble de nos résultats montre, que la formule de Stephenson s’avère pertinente pour calculer la perte de charge non linéaire dans des écoulements à grand nombre de Reynolds de pore. Par ailleurs les simulations ont permis de souligner le rôle important de la porosité.

Ces résultats devront être confirmés par de nouveaux essais pour évaluer notamment l’influence de la pente et pour analyser le comportement des écoulements à l’entrée et à la sortie des enrochements.

 

Mots clés : Ecoulements non Darcien ; Expériences ; Simulations ; Ecoulements dans une  mèche ; Equation de Stephenson.

 

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