Undersøgelse af flow- og trykvariation

Transkript

1 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 H 2 O] Middelflow [l/s] , ,4 0, , ,6 49,9 48,6 46,3 0, ,5 51, ,8-42,4 0, ,6 52,4 49,1 50,2 48,9 47 0, , ,4-41,5 0, ,5 49, ,1 0,0080 Tabel 1 Observerede trykhøjder ved forskellige flow gennem sandkassen. - betyder, at der ikke har stået vand i observationsrøret. et 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. et ses endvidere, at trykgradienten mellem rør 3 og 5 er lille. et 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. ette kan skyldes usikkerhed i flowmålingerne. Middelflowet er beregnet ud fra 3 målinger. På Figur 1 er dataene fra Tabel 1 vist grafisk.

2 55 Tryk [cm H 2 O] ,0030 0,0040 0,0050 0,0060 0,0070 0,0080 0,0090 Flow [l/s] Lineær (2) Lineær (1) Lineær (4) Lineær (3) Lineær (6) Figur 1 Trykket i hvert observationsrør som funktion af flowet gennem sandkassen. Obervationsrørenes placering ses på tilhørende tegning til højre. et ses på Figur 1, at der er en rimelig lineær sammenhæng mellem flowet gennem sandkassen og de observerede trykniveauer. ortset fra rør 1 er trykket generelt faldende ved højere flow. en dårligste lineære sammenhæng ses i observationsrør 6. Trykgradienter Trykgradienterne er undersøgt med henblik på at undersøge, hvor disse er størst. isse er beregnet ud fra de observerede trykniveauer i observationsrørene samt afstanden mellem dem. et er antaget, at der er en lineær trykvariation mellem rørene. er er taget udgangspunkt i måling 4. Se Figur 2.

3 Tryk [cm H2O] Længde [cm] Figur 2 Trykgradienter mellem observationspunkter i sandkassen ved måling 4. Trykgradienterne er vist for 3 aktuelle flowveje. et 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. et ses endvidere, at trykgradienterne på strækningerne 1 til 2, 2 til 4 og 4 til 3 tilnærmet er ens. 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]: Q= c h (1) hvor h Q c er trykgradienten mellem 2 punkter [m] er flowet mellem 2 punkter [m 3 /s] er konduktansen [m 2 /s] c er videre fundet som: K c= x hvor K er den hydrauliske ledningsevne [m/s] (2)

4 x er afstanden mellem 2 punkter [m] er det areal over hvilket strømningen betragtes [m 2 ] er er i beregningen taget udgangspunkt i et gennemstrømmet areal på 1 m 2. e benyttede hydrauliske ledningsevner for de 3 jordtyper er fundet ud fra et empirisk udtryk i S 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. e beregnede hydrauliske ledningsevner som er benyttet i beregningen er vist i tilhørende tabel. Konduktans [m 2 /s] 6,0E-03 4,0E-03 3,0E-03 2,0E-03 1,0E-03 a 0,0E+00 K [m/s] 7,2E-05 9,0E-04 Konduktans [m 2 /s] 6,0E-03 4,0E-03 3,0E-03 2,0E-03 1,0E-03 b 0,0E+00 K [m/s] 5,6E-04 Figur 3 Konduktansværdier for 2 strømningsveje mellem 2 punkter 2 forskellige steder i sandkassen. e betragtede strømningsveje gennem kassen er vist med røde og grønne pile. esuden er de benyttede hydrauliske ledninger på hver delstrækning vist i tilhørende tabel. OKUMENTTION et ses på Figur 3 a, at den beregnede konduktans er større langs strømningsvej end langs strømningsvej. 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. Således vil vandet i større grad strømme oven over den sidste baskarpblok.

5 Forudsætningen for at ovenstående betragtninger kan benyttes, er at de benyttede hydrauliske ledningsevner er i overensstemmelse med virkeligheden. er 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. lækforsøg For at visualisere de dominerende strømningsveje i sandkassen har projektgruppen udarbejdet et blækforsøg. er 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. 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. et 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. et er efterfølgende beregnet, at vandet i hovedsag følger en strømningsvej uden om baskarpsandsblokkene. GÅ TIL MOELERING