هیدرولیک
سال:1398 | دوره:14 | شماره:1 (پیاپی 141) |تعداد مقالات:12

در این تحقیق، نسبتهای بهینه هندسی سرریز کلید پیانویی نامتقارن مد نظر قرار گرفته و با مدل سازی آزمایشگاهی و عددی به بررسی تأثیر افزایش هد آب بالادست بر نحوه توزیع جریان بر روی تاج سرریز کلید پیانویی پرداخته شد. تأثیر ارتفاع نسبی بر راندمان سرریز کلید پیانویی با رویکرد افزایش عرض کلید واحد و ثابت نگه داشتن ارتفاع، بر راندمان سرریز، مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاکی از افزایش راندمان سرریز با کاهش ارتفاع نسبی است. از روابط تحلیلی موجود در مراجع، برای محاسبه دبی عبوری از سرریز بهینه هیدرولیکی به ازای هد آب بالادست و همچنین برای محاسبه ضریب دبی مدل آزمایشگاهی استفاده شد. اختلاف ضرایب دبی آزمایشگاهی و مقادیر محاسباتی با روش تحلیلی موجود بالا بوده و دقت پایین روابط موجود را نشان می دهد. در این تحقیق روابط جدیدی برای تعیین ضریب دبی سرریز کلید پیانویی و سهم تاج کلید ورودی، تاج جانبی و تاج کلید خروجی از تخلیه جریان برحسب نسبت هد بالادست آب به ارتفاع سرریز کلید پیانویی نامتقارن، با طرح هندسی بهینه، ارائه شده و پس از مقایسه نتایج مدل جدید با نتایج آزمایشگاهی موجود، برتری آن نسبت به روابط تحلیل ارائه شده در مراجع نشان داده شد.

یکی از مسائل مورد علاقه محققین در علم هیدرولیک، بررسی نحوه حرکت ذرات رسوب و تغییرات شکل سطح بستر رسوبی (مورفولوژی) ناشی از جریان آب بالای رسوبات می باشد. در این مقاله به کمک روش لاگرانژی هیدرودینامیک ذرات هموار (SPH) جریان دوفازی آب-رسوب مدل سازی شده است. از ویژگی های روش های لاگرانژی می توان به قابلیت مدل سازی تغییرشکل های بزرگ و مرزهای حدواصل میان دو سیال مختلف و همچنین ردیابی ذرات در مدل های چندفازی اشاره کرد. در این مطالعه جهت انجام مدل سازی از توسعه کد SPHysics2D بهره گرفته شده است که در آن مقادیر فشار به صورت صریح و به کمک معادله حالت محاسبه می شوند. برای بررسی رفتار فاز رسوبات، مدل غیرنیوتنی ویسکوپلاستیک هرشل بالکی پاپاناستاسیو (HBP) مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در این مدل توسعه یافته برای بررسی تعامل ذرات دانه ای رسوبات از میانگین گیری هارمونیک میان لزجت و برای تعامل دو فاز مختلف از معادله Owen استفاده شده است. در این تحقیق به علت وجود اختلاف چگالی میان دو فاز آب و رسوب، از یکی از روش های اصلاح شده موجود برای معادلات پیوستگی و مومنتوم استفاده گشته است. برای بررسی صحت عملکرد مدل ویسکوپلاستیک به کار گرفته شده در کد، از مدل آزمایشگاهی شکست سد ذرات دانه ای استفاده گردید و پس از آن برای بررسی کد دو فازی توسعه یافته از مدل آزمایشگاهی شکست سد آب-رسوب با بستر متحرک استفاده گشت. نتایج حاکی از آن است که مدل به کار گرفته شده در این تحقیق قابلیت بالایی در شبیه سازی سیستم های دوفازی آب-رسوب خواهد داشت.

در این پژوهش، تأثیر احداث تک آبشکن متخلخل بر پارامترهای هیدرولیکی جریان در کانال باز با استفاده از مدل عددی به کمک کالیبراسیون مدل غیرخطی فورشهایمر بررسی شده است. شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار Flow3D و برای شبیه سازی جریان آشفته از مدل آشفتگی RNG استفاده شده است. بدین منظور آبشکن متخلخل با مشخصات مختلف، شبیه سازی و با انجام آنالیز حساسیت، ضرایب مناسب موردنیاز در معادله فورشهایمر تعیین شد. بر اساس آنالیز حساسیت و مقایسه نتایج با نتایج مدل فیزیکی مشخص گردید اغلب پارامترهای جریان، حساسیت زیادی نسبت به ضریب جمله غیرخطی مدل فورشهایمر دارند و در برخی موارد مدل با اعدادی خارج از محدوده پیشنهادی نرم افزار، کالیبره گردید. بررسی ها نشان داد، افزایش تخلخل موجب کاهش قابل توجه سرعت جریان و کوچک شدن محدوده اثر مقدار بیشینه این پارامتر می گردد. نتایج این تحقیق نشان داد افزایش تخلخل آبشکن، موجب کاهش ارتفاع آب در بالادست آبشکن و افزایش ارتفاع در پایین دست آبشکن می شود. همچنین مشاهده گردید افزایش تخلخل از مقدار بیشینه سرعت کاسته و طول اثر آن را کاهش و نیز کمینه سرعت را افزایش خواهد داد.

پدیده آبشستگی موضعی در اطراف پایه پل ها به عنوان یکی از عوامل اصلی در تخریب و همچنین افزایش هزینه های بهره برداری و نگهداری پل ها می باشد. از طرفی پایه ها با مقطع مستطیلی به علت محدوده وسیعتر منطقه جدایش جریان در اطراف پایه، در معرض آبشستگی شدیدتری قرار دارند. در تحقیق حاضر اقدام به ارائه یک روش نیمه تجربی برای محاسبه تغییرات زمانی عمق آبشستگی در جلوی پایه مستطیلی با دماغه گرد و در شرایط جریان غیرماندگار شد. در این روش در هر گام زمانی حجم حفره آبشستگی متناسب با حجم رسوب جابجا شده از یک معادله انتقال رسوب محاسبه می گردد و در ادامه عمق آبشستگی با توجه به حجم معلوم حفره آبشستگی بدست می آید. برای بررسی کارایی روش حاضر از نتایج داده-های آزمایشگاهی مختلف استفاده شد. نتایج تحقیق حاضر نشان داد که معادله انتقال رسوب برای محاسبه حجم رسوبات انتقال یافته در پدیده آبشستگی در جریان غیرماندگار نیاز به اصلاح دارد که مقدار ضریب اصلاح تابعی از مشخصه های هیدروگراف جریان نظیر زمان شاخه بالارونده و پایین رونده و همچنین شدت جریان در اوج هیدروگراف می باشد. به عنوان نمونه هر چه زمان شاخه بالارونده هیدروگراف کوتاه تر بوده و در واقع هیدروگراف تیزتر باشد ضریب اصلاح بزرگتر (انتقال رسوب بیشتر) خواهد بود. در نهایت مقایسه نتایج مربوط به محاسبه تغییرات زمانی عمق آبشستگی محاسباتی و عمق آبشستگی نهایی ناشی از عبور هیدروگراف با داده های آزمایشگاهی نشان داد که حداکثر اختلاف در حدود 10 درصد است که نشان دهنده دقت مناسب روش حاضر نسبت به معادلات تجربی گذشته می باشد.

اغلب مجاری طبیعی دارای مقاطعی هستند که با افزایش سطح آب در آنها مساحت مقاطع به مقدار قابل توجهی افزایش می یابد. این مقاطع دارای سیلاب دشتهای کم و بیش عریضی هستند. مقاطع مرکب دارای سیلابدشت بخصوص زمانیکه از هندسه نامتقارنی برخوردار هستند، پیچیدگیهای هیدرولیکی زیادی را به جریان تحمیل می کنند. تخمین منحنی دبی-اشل در این نوع از مجاری هیدرولیکی یکی از مسائل مهندسی رودخانه است. در این مقاله با استفاده از مفهوم کنتورهای هم سرعت در روش اندازه گیری تک نقطه ای سرعت (SPM) و پارامترهای هیدرولیکی و هندسی مقطع جریان و بکار گیری آن ها در فرآیند کمینه سازی خطا، رابطه ای نسبی برای تخمین منحنی دبی-اشل در مقاطع مرکب معرفی شده است. در این روش برای ترسیم منحنی دبی-اشل در مقاطع مختلف، فقط اطلاعات دبی در یک تراز مرجع، مورد نیاز است. نتایج این پژوهش بیانگر آنست که روش پیشنهادی در تخمین منحنی دبی-اشل مقاطع مرکب نامتقارن حتی مقاطع دارای سیلابدشت های با تراز های مختلف از دقت مناسبی برخوردار است.

در تحقیق حاضر، تشخیص آستانه خلأزایی و خودکارسازی تشخیص فرآیند، با توجه به عمر مفید باقی مانده توربین نیروگاه سفیدرود بررسی شده است. ورودی مدل تولیدشده در برنامه MATLAB، شامل داده های حاصل از هیدروتوربین کاپلان واقع در نیروگاه برق آبی تاریک می باشد. روش پیشنهادی بر مبنای 61 ویژگی حاصل از 6 پارامتر حساسیت خلأزایی و 17 شرایط عملیاتی می باشد. به هدف آموزش برنامه MATLAB، تعداد 12 مجموعه آموزش فردی و 4095 ترکیب منحصر به فرد ایجاد گردید و تعداد 408 داده جهت آزمون انتخاب شده است. داده های آموزشی با ترکیب نوع حسگر و ویژگی حساسیت خلأزایی، جهت پیش بینی خلأزایی به خدمت گرفته شدند و بهترین دقت داده های آموزشی به 98 درصد رسید. نتایج نشان داد که استفاده از فرآیند کاملاً خودکار برای تعیین حساسیت و طبقه بندی خلأزایی مناسب تر از یک فرآیند مبتنی بر آستانه های انتخاب شده به روش دستی می باشد. علاوه بر این، خودکارسازی روند تعیین آستانه خلأزایی با در نظر گرفتن شرایط عملیاتی و عمر مفید باقی مانده، بدون دخالت انسانی با دقت بسیار زیادتری همراه بوده است.

یکی از روش های نوین حفاظت از سواحل رودخانه های آبرفتی در محل قوس ها و بهبود شرایط کشتیرانی استفاده از سازه سیستم تزریق هوا است. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی تأثیر این سازه بر توپوگرافی بستر و الگوی جریان در کانال قوسی 90 درجه ملایم پرداخته شده است. بدین منظور آزمایش هایی تحت شرایط هیدرولیکی مختلف در اعداد فرود 37/0، 41/0، 45/0 و 47/0 و با 3 زاویه 0، 45 و 90 درجه و با 3 دبی تزریق هوا انجام شدند. نتایج نشان دادند وجود سازه در قوس موجب اصلاح الگوی مورفولوژی و توزیع سرعت شد به طوری که بیشینه عمق آبشستگی را 47% کاهش و آن را از قوس بیرونی دور نمود و بیشینه سرعت را از قوس بیرونی دور کرده و به میانه فلوم منتقل نمود، علاوه بر آن زاویه 90 درجه دارای کمترین و زاویه صفر درجه بیشترین آبشستگی را در قوس خارجی دارند. همچنین با افزایش دبی تزریق هوا عمق آبشستگی کاهش یافت.

در این مطالعه تأثیر زاویه قرارگیری دو پایه پل نسبت به جهت جریان بر روی عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها تحت شرایط آبشستگی آب زلال بررسی می شود. بدین منظور پایه ها با 4 زاویه مختلف نسبت به جهت جریان قرار داده می شوند. افزون بر این جهت حصول عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها، آزمایشها تا رسیدن به زمان تعادل آبشستگی انجام میگردند. نتایج نشان می دهد که افزایش زاویه قرارگیری پایه ها، عمق و زمان تعادل آبشستگی در پایه ها را افزایش می دهد. کمینه و بیشینه عمق تعادل آبشستگی برای هر دو پایه به ترتیب در زوایای 0 و 60 درجه مشاهده می شود. با توجه به تجزیه و تحلیل نتایج، بیشینه عمق تعادل آبشستگی در جلو پایه ها، برای زوایای کوچکتر و مساوی 28 درجه در پایه بالادست حادث می گردد، درحالی که برای زوایای بزرگتر از 28 درجه به پایه پایین دست منتقل می گردد. در ادامه با بکارگیری روش رگرسیون خطی نیمه لگاریتمی و داده های مشاهداتی روابطی برای تخمین عمق آبشستگی درجلو پایه ها ارائه می شوند.

مهمترین گام اصلی برای پیشگیری و مقابله با اثرات مخرب سیلاب، شناسایی مناطق مستعد سیل خیزی در سطح حوضه آبریز و زیرحوضه های آن می باشد. برای تعیین پتانسیل سیل خیزی حوضه های آبریز روشهای مختلفی وجود دارد که استفاده از تکنیک های روی همگذاری لایه ها در بستر GIS از پرکاربردترین آنها می باشد. در پژوهش حاضر برای محاسبه وزن های مناسب عوامل موثر در شکل گیری سیلاب از یک روش متفاوت که در آن اندرکنش بین عوامل مورد استفاده نیز در نظر گرفته می شود، استفاده شده است. پس از محاسبه ضرائب تاثیر هر کدام از عوامل ورودی و بدست آمدن وزن نهایی آنها، از ترکیب خطی لایه های ورودی برای ساخت نقشه درجه سیلخیزی محدوده مطالعاتی در پنج دسته مختلف (خیلی زیاد، زیاد، متوسط، کم و خیلی کم)، استفاده بعمل آمد. صحت سنجی نتایج حاصل از این روش توزیعی با سیلاب های خسارت زای مشاهداتی مقایسه گردید که نتایج بدست آمده حاکی از عملکرد بالای این روش به ویژه در شناسائی مناطق با درجه سیلخیزی زیاد و خیلی زیاد دارد. به عنوان نمونه، نتایج بدست آمده از روش توزیعی حاکی از آن است که وضعیت سیل خیزی در محل ایستگاه های هیدرومتری شیرگاه-تالار، رزن-نور، سلیمان تنگه، قرآن-تالار و دوآب-چالوس در دسته با خطر سیل خیزی زیاد و خیلی زیاد قرار می گیرند که کاملاً با نتایج حاصل از سیلاب های مشاهداتی منطبق (که عمدتاً دارای سیلاب های با دوره بازگشت بزرگتر 50 و 100 سال هستند) می باشند. یکی از ویژگی های قابل توجه دیدگاه توزیعی این است که در این دیدگاه تغییرات مکانی مناطق در خطر سیل بدست می آید و با استفاده از آن می توان مناطق پر خطر را بهتر و با دقت بیشتری شناسائی نمود.

بیشتر آسیب پل ها به دلیل آبشستگی اطراف پی های آن در طول سیلاب هستند. بنابراین برای حداقل سازی احتمال خرابی، یک مدل بهبود یافته برای تخمین عمق آبشستگی اطراف آنها لازم است. به دلیل اینکه آبشستگی در پایه های پل یک تابع پیچیده از مشخصات مصالح کف، ویژگی های سیال، مشخصات جریان و هندسه ی پایه است، معادلات تجربی توانایی تخمین دقیق عمق آبشستگی را ندارند. در این تحقیق، روشی سودمند برای تخمین عمق آبشستگی در خاک های چسبنده مبتنی بر راهکارهای هوش مصنوعی ارائه شده است. به منظور ارزیابی عملکرد روش ذکر شده از داده های آزمایشگاهی در دو حالت با بعد و بی بعد استفاده شده است. در اینجا ابتدا مدل مناسبی مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی ارائه شده و سپس با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه شده است. متوسط ضریب همبستگی بدست آمده برای داده های بی بعد با استفاده از روش پیشنهادی 97/0 بوده است. در این مدل شبکه عصبی بهینه شده با الگوریتم ژنتیک، مقدار ریشه میانگین مربعات خطا، 094/0 می باشد. نتایج حاصل نشان می دهد که شبکه عصبی مصنوعی و بهینه کردن آن با الگوریتم ژنتیک در تخمین عمق آبشستگی پایه های پل در بسترهای با رسوبات چسبنده در مقایسه با معادلات تجربی عملکرد بسیار بهتری دارد.