Undersøgelse af flow- og trykvariation
Formål
Med henblik på at skabe et kalibrerings og valideringsmål for
de opstillede modeller er trykniveauerne i de 6 observationspunkter i sandkassen
undersøgt ved forskellige flow. Endvidere er formålet med undersøgelsen at
undersøge trykgradienterne samt de dominerende strømningsveje i sandkassen
Resultater
Ved at variere vandstanden i udløbskammeret er trykket i observationspunkterne undersøgt i 6 forskellige situationer. Resultatet ses i Tabel 1.
|
Måling
nr: |
Tryk i observationsrør nr:
[cm H2O] |
Middelflow
[l/s] |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
1 |
53,7 |
51 |
- |
47 |
- |
40,4 |
0,0063 |
|
2 |
53,6 |
52 |
48,6 |
49,9 |
48,6 |
46,3 |
0,0035 |
|
3 |
53,5 |
51,4 |
46 |
47,8 |
- |
42,4 |
0,0058 |
|
4 |
53,6 |
52,4 |
49,1 |
50,2 |
48,9 |
47 |
0,0034 |
|
5 |
52,9 |
51 |
- |
47,4 |
- |
41,5 |
0,0056 |
|
6 |
52,5 |
49,8 |
- |
44 |
- |
35,1 |
0,0080 |
Tabel 1 Observerede trykhøjder ved forskellige flow gennem sandkassen. ”-” betyder, at der ikke har stået vand i observationsrøret.
Det ses i Tabel 1 at trykket i rør 1, bortset fra måling 5 og 6, ikke ændrer sig væsentligt i de 6 målinger. Trykket i rør 6 er meget afhængigt at flowet gennem kassen, hvilket også var forventet. Det ses endvidere, at trykgradienten mellem rør 3 og 5 er lille. Det er bemærkelsesværdigt, at de observerede trykhøjder i måling 4 er højere end i måling 2, eftersom det målte flow er tilnærmet ens i de to målinger. Dette kan skyldes usikkerhed i flowmålingerne. Middelflowet er beregnet ud fra 3 målinger.
På Figur 1 er dataene fra Tabel 1 vist grafisk.
|
|
|
Figur 1 Trykket i hvert observationsrør som funktion af flowet gennem sandkassen. Obervationsrørenes placering ses på tilhørende tegning til højre.
Det ses på Figur 1, at der er en rimelig lineær sammenhæng mellem flowet gennem sandkassen og de observerede trykniveauer. Bortset fra rør 1 er trykket generelt faldende ved højere flow. Den dårligste lineære sammenhæng ses i observationsrør 6.
Trykgradienter
Trykgradienterne er undersøgt med henblik på at undersøge, hvor disse er størst. Disse er beregnet ud fra de observerede trykniveauer i observationsrørene samt afstanden mellem dem. Det er antaget, at der er en lineær trykvariation mellem rørene. Der er taget udgangspunkt i måling 4. Se Figur 2.
|
|
|
Figur 2 Trykgradienter mellem observationspunkter i sandkassen ved måling 4. Trykgradienterne er vist for 3 aktuelle flowveje.
Det ses på Figur 2 at der forekommer en stor trykgradient mellem rør 1 og 3 og rør 4 og 6. Tilsvarende er trykgradienten mellem rør 3 og 5 lille. Det ses endvidere, at trykgradienterne på strækningerne 1 til 2, 2 til 4 og 4 til 3 tilnærmet er ens.
[Tilbage] [Til toppen]
Forundersøgelse af flowvariation
For at få et overordnet indblik i strømningsvejene i sandkassen er det undersøgt, hvorledes konduktansen varierer langs opstillede strømningsveje. Undersøgelsen er gjort under den forudsætning, at den hydrauliske ledningsevne er konstant for de benyttede sandtyper overalt i sandkassen.
Konduktansen er defineret som en proportionalitetskonstant mellem flow og trykgradient [GMS, 2004]:
(1)
hvor
∆h er trykgradienten mellem 2 punkter [m]
Q er flowet mellem 2 punkter [m3/s]
c er konduktansen [m2/s]
c er videre fundet som:
(2)
hvor
K er den hydrauliske ledningsevne [m/s]
∆x er afstanden mellem 2 punkter [m]
A er det areal over hvilket strømningen betragtes [m2]
Der er i beregningen taget udgangspunkt i et gennemstrømmet areal på 1 m2.
De benyttede hydrauliske ledningsevner for de 3 jordtyper er fundet ud fra et empirisk udtryk i DS 415[link]. Resultatet af den følgende undersøgelse afhænger meget af disse værdier. Hydrauliske ledningsevner i horisontal, vertikal og skrå retning i lagdelte zoner er beregnet på basis empiriske udtryk for disse værdier [Todd, 1980]. På Figur 3 er forholdet mellem beregnede konduktanser for 4 strømningsveje vist. Strømningsvejene er vist på tilhørende tegning. De beregnede hydrauliske ledningsevner som er benyttet i beregningen er vist i tilhørende tabel.
|
a |
|
||||||
|
b |
|
Figur 3 Konduktansværdier for 2
strømningsveje mellem 2 punkter 2 forskellige steder i sandkassen. De
betragtede strømningsveje gennem kassen er vist med røde og grønne pile. Desuden
er de benyttede hydrauliske ledninger på hver delstrækning vist i tilhørende
tabel.
Det ses på Figur
3 a, at den beregnede konduktans er større langs
strømningsvej B end langs strømningsvej A. Således vil vandet i højere grad
strømme neden om baskarpsandsblokken i stedet for at strømme i gennem den.
Tilsvarende forhold gør sig gældende på Figur
3 b, hvor konduktansen er størst langs strømningsvej C.
Således vil vandet i større grad strømme oven over den sidste baskarpblok.
Forudsætningen for at ovenstående betragtninger kan benyttes,
er at de benyttede hydrauliske ledningsevner er i overensstemmelse med virkeligheden.
Der hersker usikkerhed om validiteten af disse værdier, eftersom de er fundet
på baggrund af en simpel empirisk formel, som ikke tager hensyn til pakningsgraden
men kun kornstørrelserne. Ovenstående er derfor kun benyttet til at få et
indledende indblik i, hvordan baskarpsandblokkene
påvirker strømningsbilledet.
[Tilbage] [Til toppen]
Blækforsøg
For at visualisere de dominerende strømningsveje i sandkassen har projektgruppen udarbejdet et blækforsøg. Der blev opblandet 700 ml printerblæk i 60 liter vand, som derefter blev ledt gennem kassen. Samtidig er der taget billeder af blækfronten position hvert 10. minut. Nedenstående sekvens viser forsøgsresultatet.
[Tilbage] [Til toppen]
Sammenfatning
Ved at ændre på vandstanden i sandkassens udløbskammer er
trykniveauerne i forskellige observationspunkter i sandkassen målt i forhold
til det stationære flow gennem opstillingen. Det er vurderet, at der stort set
er en lineær sammenhæng mellem tryk og flow i alle observationspunkter. 2 af de
målte observationssæt er brugt som kalibrerings og valideringsgrundlag for de
benyttede vandtransportmodeller. Det er efterfølgende beregnet, at vandet i
hovedsag følger en strømningsvej uden om baskarpsandsblokkene.
[Tilbage] [Til toppen]