هیدرولیک
سال:1397 | دوره:13 | شماره:1 |تعداد مقالات:7

امواج غلتان با ایجاد ناپایداری ها و رفتار آشفته در کانال ها و شوت ها، سازه هیدرولیکی و سازه های مستهلک کننده انرژی پایین دست آن را تحت تاثیر قرار می دهند. تحقیق حاضر با هدف ارائه مدل عددی برای مدل سازی امواج غلتان در رژیم آشفته و تحلیل شرایط شکل گیری امواج غلتان در سطح آزاد جریان و عوامل موثر بر آن انجام شده است. معادلات حاکم در مدل عددی حاضر، معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده در عمق هستند که با استفاده از روش حجم محدود منقطع سازی شده اند. در تحقیق حاضر، از روش HLLC برای مدل سازی استفاده شده است. سپس به منظور افزایش دقت، روش TVD-WAF که دارای دقت مرتبه دوم در مکان و زمان می باشد، انتخاب شده است. به منظور مدل سازی آشفتگی، مدل k-e استاندارد انتخاب شده است. نتایج حاصل از مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی موجود مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که اعمال اغتشاش منظم در ورودی کانال می تواند باعث ایجاد امواج غلتان متناوب شود و دامنه و دوره تناوب این امواج غلتان متناوب به دامنه اغتشاش اعمال شده در ورودی کانال بستگی ندارد. اما هرچه دامنه اغتشاش اعمال شده درصد بزرگتری از عمق نرمال باشد، فاصله تشکیل امواج غلتان از ابتدای کانال کوتاهتر شده و امواج سریعتر تکامل می یابند. به علاوه تحلیل و مقایسه نتایج نشان دهنده تاثیر عدد فرود در شکل گیری و تکامل امواج غلتان است.

امواج غیرعادی یا سهمگین به امواجی گفته می شود که با ارتفاع خیلی زیاد، ولی بطور ناگهانی و غیر قابل پیش بینی و به ندرت رخ می دهند. عوامل مختلفی مثل طوفان های شدید، توپوگرافی خاص بستر، تلاقی جریان های کرانه ای و امواج و برهم کنش امواج با طول موج ها و فرکانس های مختلف با یکدیگر، ممکن است سبب بروز آن ها شوند. اما همه اینها هنوز در حد فرضیه هستند. هدف از این تحقیق ارائه یک روش ترکیبی برای پیش بینی وقوع امواج غیرعادی از روی متغیرهای هواشناسی با استفاده از روش ترکیبی تبدیل موجک و ماشین بردار پشتیبان دسته بندی کننده است. برای بررسی کارایی مدل ارائه شده از داده های تاریخی متغیرهای هواشناسی برداشت شده طی سه سال از ایستگاه های شماره 41041 و 41004 در دو طوفان مشهور Dean (2007) و Irene (2011) استفاده شده است. ابتدا با استفاده از تبدیل موجک امواج غیرعادی شناسایی شده، سپس از خروجی های این روش برای آموزش ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. تبدیل موجک روی داده های ارتفاع مشخصه اعمال می شود. در این روش امواج غیرعادی نواحی از طیف تبدیل موجک را تشکیل می دهند که در آن ها انرژی زیاد است. از داده های تاریخی هواشناسی پارامترهایی مانند جهت باد، سرعت باد، ارتفاع موج مشخصه، فشار سطح دریا، دمای هوا و دمای سطح دریا که در طول سه سال بصورت ساعتی ثبت شده، برای آموزش و آزمون مدل های ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده از دقت قابل قبولی برای پیش بینی وقوع امواج غیرعادی برخوردار است.

در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی تشکیل و توسعه دلتا و تاثیر متقابل الگوی جریان و رسوب در مخزن تحت جریان دائمی و غیردائمی آب و رسوب پرداخته می شود. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که علی رغم وجود تقارن کامل در هندسه و شرایط هیدرولیکی مدل، جریان در ورودی مخزن به صورت تصادفی به یکی از طرفین منحرف شده و یک جریان نامتقارن، اما پایدار در ورودی مخزن ایجاد می شود. ورود رسوبات و آغاز رسوب گذاری در مخزن، منجر به ناپایدار شدن جریان و تغییر جهت جریان خواهد شد. ناپایداری جریان در حالت غیردائمی بیشتر از جریان دائمی است. نتایج نشان داد که با توسعه دلتا، انحراف دلتا کاهش می یابد و به سمت تقارن پیش می رود. پیشروی دلتا به صورت تناوب توسعه طولی-عرضی بوده و حداکثر میزان کشیدگی دلتا در مراحل ابتدایی آن برابر 0.8 است که با توسعه دلتا از میزان آن کاسته می شود. رابطه ا برای محاسبه زمان تغییر جهت جریان بر حسب پارامتر مشخصه هیدروگراف استخراج شد. برای بررسی الگوی ته نشینی رسوبات پارمترهای بدون بعدی به نام طول پیشروی (X*t)، نسبت انحراف (y) و کشیدگی دلتا (h) معرفی شدند و رابطه ا برای تخمین طول پیشروی دلتا با استفاده از پارامترهای بدون بعد موثر به دست آمد.

جریان های چگال که اغلب جریان گرانشی یا شناوری نامیده می شوند جریان هایی هستند که به سبب اختلاف چگالی بین جریان و سیال پیرامون آن اتفاق می افتند. وقتی یک جریان چگال در یک سیال لایه بندی به سطح شناوری خنثی برسد، از کف جدا می شود و داخل سیال پیرامون نفوذ می کند. در این مطالعه برای بررسی رفتار جریان چگال در محیط پیرامون لایه بندی شده، آزمایش هایی انجام شد. این آزمایش ها با 4 دبی 1، 1.5، 2 و 2.5 لیتر بر ثانیه و 4 غلظت 5، 10، 15 و 20 گرم بر لیتر که به ترتیب جریان هایی با چگالی 1003.2، 1006.3، 1009.4 و 1012.5 گرم بر لیتر ایجاد می کردند، روی شیب 2.5 درصد انجام شد. لایه بندی با استفاده از مخلوط آب و نمک با گرادیان غلظت عمقی ایجاد شد. برای ایجاد جریان چگال از ذرات سیلیس با قطر متوسط 8 میکرون و وزن مخصوص 2.673 گرم بر سانتی متر مکعب استفاده شد و برای بررسی پروفیل غلظت، غلظت جریان چگال در سه مقطع در طول فلوم با فواصل 3 سانتی متری در عمق با استفاده از سیفون برداشت شد. مشاهدات آزمایشگاهی نشان داد که جریان چگال بعد از جدا شدن از بستر تقریبا بصورت افقی در سیال پیرامون پیش می رود و چگالی سیال پیرامون در زیر نقطه جدایی کاهش می یابد. اندازه گیری ها در این مطالعه نشان داد که با افزایش غلظت، عمق غلظت بیشینه و ضخامت جریان کاهش می یابد و با افزایش دبی ضخامت جریان ثابت می ماند.

پوشش گیاهی موجود در رودخانه ها را می توان از نظر ارتفاع گیاه نسبت به عمق آب، در دو گروه گیاهان مستغرق و غیرمستغرق دسته بندی کرد. در این مقاله از پوشش گیاهی غیرمستغرق نی در تراکم های مختلف، روی بستر شنی کانال آزمایشگاهی استفاده گردید. در این مطالعه شکل و سایر ویژگی های گیاه نی در تمام عمق آب ثابت است و تاثیر حضور و تراکم آن روی نیم رخ سرعت جریان و اعتبار قانون های لگاریتمی و کولز بر نیم رخ سرعت بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که در بخش داخلی لایه مرزی که در نزدیکی بستر واقع است، قانون لگاریتمی برای پوشش گیاهی با تراکم های گوناگون معتبر است، هرچند میزان انحراف داده ها از این قانون در لایه خارجی بسیار بیشتر از بستر شنی بدون حضور پوشش گیاهی است. کاربرد قانون کولز در ناحیه خارجی بر خلاف بستر شنی در حالت پوشش گیاهی به دلیل توزیع نامتعارف نیم رخ سرعت جریان و تشدید آشفتگی با افزایش تراکم پوشش گیاهی نامعتبر است.

تخمین میزان آبشستگی اطراف خطوط لوله در بستر دریا از مسایل مهم در طراحی خطوط لوله کف دریا است. با توجه به عدم قطعیت های آبشستگی، در این تحقیق با استفاده از روش غیرقطعی GLUE، مدل آبشستگی غیرقطعی درخت تصمیم گیری (M5’-GLUE) تهیه گردید و با مدل قطعی درخت تصمیم گیری برای حالت های هیدرولیکی بستر فعال مقایسه شدند. نتایج نشان داد در مرحله های آموزش و آزمایش مدل، متوسط ضریب تعیین روش GLUE در تخمین عمق آبشستگی برای حالت هیدرولیکی بسترفعال برابر 0.72 می باشد که مبین دقت مناسب روش غیرقطعی ترکیبی (M5’-GLUE) است. همچنین بر اساس مقایسه دو شاخص مجذور مربع خطا و ضریب همخوانی مشخص شد که مدل ترکیبی باعث بهبود حدود 18 درصد دقت تخمین نسبت به مدل قطعی درخت تصمیم گیری شده است. البته در میان حالت های هیدرولیکی مورد بررسی، برای حالت بستر فعال با e/D کوچک، کمترین بهبود دقت نسبت به مدل قطعی درخت تصمیم گیری ایجاد شده است. بطور کلی نتایج بدست آمده نشان می دهد که با توجه به غیرقطعی بودن مکانیزم آبشستگی خطوط کف دریا، برآورد آبشستگی به روش های غیرقطعی دقیق تر از مدل های قطعی است.