هیدرولیک
سال:1398 | دوره:14 | شماره:3 |تعداد مقالات:10

یکی از بارزترین مشخصات سرریز های پلکانی، استهلاک انرژی جریان در طول سرریز در اثر انتقال به پایین دست می باشد. هدف از این تحقیق پیشنهاد و معرفی شکل جدیدی از سرریزهای پلکانی برای دستیابی به بیشترین سطح از استهلاک انرژی جریان در انتقال به پایین دست سرریز می باشد. در این تحقیق هیدرولیک جریان عبوری از سرریز پلکانی تحت تاثیر تغییر و اصلاح شکل هندسی پله ها به شکل کنگره هایی از ذوزنقه، مثلثی و مستطیلی به کمک مدل FLOW-3D بررسی شده است. نتایج نشان داد که ایجاد تداخل تیغه های جریان در اثر عبور آب از روی شکل کنگره ای پله ها نکته ی قوت این نوع از سرریزهای پلکانی-کنگره ای می باشد. همچنین شکل کنگره-ای ذوزنقه ای عملکرد بهتری برای دست یابی به بیشترین میزان استهلاک انرژی از خود نشان می دهد. در شرایط جریان یکسان، سرریز پلکانی-کنگره ای مستطیلی، مثلثی و ذوزنقه ای به ترتیب به میزان 4. 62، 12. 21 و 23. 76 درصد در کاهش سرعت جریان و 5. 6، 13. 1 و 17 درصد در استهلاک انرژی بیشتر نسبت به سرریز پلکانی متعارف موثر بودند. که علت این امر تداخل خطوط جریان و افزایش مقاومت در برابر جریان و همچنین افزایش ناحیه فرآیند گردش مجدد و ایجاد جریان چرخشی بیشتر در این نوع از سرریز های پلکانی جدید می-باشد. این نوع از سرریزها در مقایسه با سرریزهای پلکانی متعارف کمترین هد باقیمانده را دارد. نسبت هد باقیمانده در این سرریزها به طور متوسط برابر 2. 57 ≈ Hres/yc و در سرریزهای پلکانی متعارف برابر 4. 32 ≈ Hres/yc می باشد. در نهایت می توان از این سرریزها به عنوان نسل جدیدی از سرریزهای پلکانی در جهت افزایش راندمان و عملکرد هیدرولیکی آنها نام و بهره برد.

وقوع سیلاب همواره یکی از نگرانی های بشر در طول تاریخ بوده است. راه های مقابله با این پدیده ویرانگر از اهمیت خاصی در میان محققین برخوردار است. یکی از مقوله های پژوهش در برابر این مساله، روندیابی سیلاب می باشد. از میان روش های گوناگون روندیابی سیلاب، روش هیدرولوژیکی ماسکینگام غیر خطی سه پارامتری از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. برای تخمین بهینه پارامترهای مدل غیر خطی ماسکینگام از الگوریتم های تکاملی به جهت سرعت همگرایی و عدم نیاز به تخمین اولیه پارامترهای هیدرولوژیکی استفاده می شود. در این مقاله برای اولین بار از الگوریتم جستجوی گرانشی مبتنی بر الگوریتم کپلر به منظور روندیابی سه هیدروگراف متفاوت استفاده شد. مقایسه نتایج این روش با نتایج تحقیقات قبلی نشان می دهد که الگوریتم ترکیبی استفاده شده در این تحقیق دارای دقت قابل قبول و سرعت همگرایی بالایی می باشد. به منظور بررسی عدم قطعیت پارامترهای مدل ماسکینگام غیر خطی بر اساس تیوری امکان، از الگوریتم ارایه شده در این تحقیق و دیگر الگوریتم ها شامل روش های حداقل مربعات، الگوریتم جستجوی گرانشی، الگوریتم های BFGS، HJ+DFP، HJ+CG، الگوریتم ژنتیک، الگوریتم انتخاب کلونی ایمن، الگوریتم جستجوی هارمونیک و الگوریتم جستجوی هارمونیک بدون تنظیم پارامتر استفاده گردید. توابع عضویت پارامترهای مدل غیر خطی ماسکینگام نشان می دهند که عدم قطعیت پارامتر k از پارامترهای x و m بیشتر است.

با توجه به آثار زیان بار آلاینده های ورودی به منابع آبی که ناشی از فعالیت های انسانی می باشد، انجام مطالعات در زمینه پیش بینی غلظت این آلاینده ها به منظور انجام اقدامات مقتضی برای کنترل، ضروری به نظر می رسد. بدین منظور مدل های انتقال جرم متعددی برای پیش بینی غلظت محلول در آبراهه های طبیعی ارایه شده اند. این مدل ها به ندرت دارای حل تحلیلی بوده و عمدتا با استفاده از روش های عددی حل می شوند. در این تحقیق روشی تحت عنوان روش شبیه سازی مداری (NSM) که بر پایه آنالوژی موجود بین معادلات دیفرانسیلی حاکم بر پدیده های هیدرودینامیکی و الکتریکی است، معرفی شده و کاربرد آن در حل مدل های مذکور مورد بررسی قرار گرفته است. مراحل اجرای این روش شامل استخراج مدل الکتروآنالوژیکال و طراحی مدار الکتریکی معادل و در نهایت شبیه سازی مدل مداری با استفاده از کد مناسب در یک نرم افزار تحلیل مدارهای الکتریکی است. در این مقاله ابتدا NSM با مدلسازی حالتی از معادله انتقال نگهداشت موقت که حل تحلیلی دارد، صحت سنجی شده و سپس دقت و کارایی آن در مقایسه با روش عددی احجام محدود (FVM) در حل مدل نگهداشت موقت تودرتو، برآورد شده است. نتایج مدلسازی ها حاکی از مطابقت بسیار عالی بین دو روش NSM و FVM با شاخص های خطای نزدیک به صفر است. حال آن که پیاده سازی شرایط مرزی در NSM ساده تر بوده و انعطاف پذیری بالاتری دارد. به علاوه، زمان محاسباتی مورد نیاز NSM برای مثال های مورد مطالعه کمتر از زمان محاسباتی مورد نیاز FVM می باشد. بنابراین NSM به عنوان جایگزینی دقیق و کارا برای روش های عددی در حل معادلات انتقال توام یک بعدی پیشنهاد می شود.

در این تحقیق سعی شد تا با استفاده از یک مدل آزمایشگاهی و توسعه یک مدل تحلیلی بر مبنای معادلات دیفرانسیل مدل ذخیره موقت، به بررسی کارایی این مدل در فرآیند های انتقال و پراکندگی آلودگی در مخازن سری پرداخته شود. مدل تحلیلی مذکور با استفاده از تبدیل لاپلاس بر روی معادلات دیفرانسیل حل شد و با استفاده از داده های آزمایشگاهی برداشت شده در دو مخزن سری سنگدانه ای، ارزیابی کاملی بر روی کارایی و مقادیر پارامتر های مدل انجام گردید. سدهای ایجاد شده در فلوم آزمایشگاهی با استفاده از سه دانه بندی مختلف با اقطار 1/1، 2/3 و 3/6 سانتی متر ایجاد شد سایر پارامتر های آزمایشگاهی شامل چهار دبی به میزان 7، 9، 11 و 13/5 لیتر بر ثانیه و سه غلظت اولیه تزریقی به میزان 100، 140 و 200 گرم بر لیتر بودند. مقدار متوسط سرعت عبوری، ضریب انتشار طولی و لگاریتم ضریب تبادل جرم مابین منطقه ذخیره ای و بدنه اصلی جریان در جریان عبوری از سد ها با توجه به مدل تحلیلی حاضر به ترتیب برابر با cm/s 4، cm2/s4/2، 5/10-بدست آمد. تطابق منحنی های غلظت-زمان حاصل از حل تحلیلی انجام شده با استفاده از پارامتر های جذر میانگین مربعات خطا و شاخص نش-ساتکلیف مورد ارزیابی قرار گرفت و مقادیر آن-ها به ترتیب برابر با 0/21 و 0/7 استخراج شد که حاکی از قابلیت مطلوب مدل توسعه پیدا کرده برای فرآیند های انتقال و پراکندگی دارد.

برخورد جریان با پایه های روی سرریز باعث شکل گیری امواج دم خروسی و توسعه امواج عرضی در طول سیستم تخلیه سیلاب می شود. ازاین رو دستیابی به اطلاعات مربوط به ارتفاع و محل تشکیل این امواج در طراحی دیواره های سرریز بسیار پرکاربرد می باشد. از طرفی در بسیاری از طرح ها برای کاهش هزینه های اجرا ازجمله هزینه های حفاری و بتن ریزی سعی می شود تا شوت به صورت همگرا طراحی گردد و این همگرایی در بسیاری از مواقع موجب به وجود آمدن جریان های عرضی شده که باعث افزایش عمق آب می گردد. بنابراین تحقیق و بررسی در مورد تاثیر زوایای همگرایی سرریز بر عمق و محل تشکیل امواج ضروری به نظر می رسد. در این تحقیق، از نرم افزار Flow3D برای مدل سازی سه بعدی سرریز سد خیرآباد و بررسی تاثیر همگرایی دیواره های شوت بر شکل گیری و توسعه امواج عرضی استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش دبی ورودی سرریز و همچنین زاویه همگرایی سرریز، ارتفاع این امواج افزایش می یابد و در برخی موارد به ازای یک دبی ثابت ارتفاع موج به بیش از دو برابر عمق متوسط جریان در مقطع موردبررسی خواهد رسید. نتایج شبیه سازی به ازای یک همگرایی معین نشان داد با افزایش دبی نسبت بیشینه ارتفاع موج به عمق متوسط جریان در همان نقطه، کمتر خواهد شد. به عبارت دیگر در دبی های پایین تر موج عرضی بلندتری نسبت به عمق متوسط تشکیل خواهد شد. همچنین نتایج تحقیق نشان داد با افزایش زاویه همگرایی شوت، علیرغم افزایش ارتفاع امواج شکل گرفته، محل شکل گیری امواج با حداکثر ارتفاع به سمت بالادست شوت منتقل می شود.

افزایش فراوانی و شدت سیلاب ها در حوضه های شهری باعث ایجاد خسارات جدی به شهرها می شود. یکی از چالش های مهم در تحلیل سیلاب های شهری، شبیه سازی دو بعدی جریان های سطحی ناشی از پس زدگی رواناب از سیستم زهکشی است. بنابراین توسعه یک مدل شبیه سازی سیلاب که بتواند سیلاب را با دقت و سرعت قابل قبول در حوضه های شهری با توپوگرافی پیچیده شبیه سازی و بخش های متاثر از سیلاب را در این حوضه ها مشخص کند از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق یک مدل عددی شبیه سازی سیلاب بر پایه روش اتوماتای سلولی با هدف کاهش زمان و حجم محاسبات نسبت به روش های معمول تحلیل دو بعدی سیلاب، توسعه داده شدهاست. عملکرد مدل اتوماتای سلولی توسعه داده شده در مطالعه حاضر با مدل های هک راس، مدلی بر پایه معادلات آب کم عمق و مدل تیوفلو که با روش های معمول شبیه سازی هیدرولیکی جریان آب را روندیابی می کنند، در حالات شبیه سازی یک و دو بعدی مورد آزمون قرار گرفته است. همچنین شرایط پایداری با توجه به ابعاد شبکه و اندازه گام زمانی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این مدل نشان می دهد که روش پیشنهادی با استفاده از داده های توپوگرافی و زبری سطح به عنوان ورودی، با دقت قابل قبول جریان روان آب های سطحی را در حالات یک بعدی و دو بعدی روندیابی می کند. همچنین زمان شبیه سازی جریان در این مدل حدود 60 برابر کمتر از روش معادلات آب کم عمق است.

شبیه سازی هیدرولیکی خطوط انتقال و شبکه های توزیع آب آتش نشانی ابزار مناسبی برای ارزیابی آنها است. در این تحقیق عملکرد شبکه آب آتش نشانی پالایشگاه گاز ایلام (رینگ میانی) با مطالعات میدانی و شبیه سازی هیدرولیکی ارزیابی شد و نیازها و مشکلات این شبکه شناسایی شد. شبکه آب آتش نشانی پالایشگاه به سه ناحیه یا رینگ بالایی، میانی و پایین تقسیم شده است و هر ناحیه وظیفه اطفای حریق بخشی از محدوده پالایشگاه را بر عهده دارد. محاسبات هیدرولیکی خط انتقال آب از منبع آب اصلی پالایشگاه به منبع آب رینگ میانی دارای شیر کشویی در چهار حالت بهره برداری انجام گرفت. سناریوهای مختلف آتش سوزی برای بررسی عملکرد شبکه آب آتش نشانی انجام گرفت. بحرانی ترین سناریو، آتش سوزی در مخازن استوانه ای با سقف شناور است که دبی مورد نیاز جهت اطفاء حریق آن m3/h 1375 است. تحلیل حساسیت نسبت به تغییرات ضریب زبری لوله ها و دبی مورد نیاز در شبکه انجام گرفت. با افزایش20 درصدی زبری، فشار در رینگ 5/3 درصد کاهش یافت. در حالت افزایش دبی مورد نیاز، فشار پمپاژ و دلوج به ترتیب 2/3 و 2/12 درصد کاهش یافت. بازدیدهای میدانی انجام گرفته نشان داد که 20 درصد از شیرهای آتش نشانی شبکه دچار خرابی و نشت هستند. بررسی میدانی عملکرد سیستم خنک کاری مخازن استوانه ای با روشن بودن یک و دو پمپ الکتریکی انجام گردید. بررسی میدانی سیستم فوم مخازن استوانه ای با روشن بودن یک پمپ دیزل انجام گردید. فشار مربوطه در حین مانور در ایستگاه پمپاژ رینگ میانی برابر با 12 بار ثبت شد و این فشار بالا می تواند باعث خرابی تجهیزات رینگ گردد.

در این پژوهش، استفاده از زهکش ترکیبی بعنوان جایگزینی برای زهکش پنجه ای در سدهای خاکی همگن تا ارتفاع 35 متر پیشنهاد و عملکرد آن از منظر هیدرولیکی و پایداری کلی سد بررسی و با زهکش پنجه ای مقایسه شده است. برای نیل به این هدف، ابتدا با استفاده از مدل فیزیکی عملکرد هیدرولیکی زهکش ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت. پس از اطمینان از تاثیر مثبت این جایگزینی بر عملکرد هیدرولیکی و تطابق مناسب مدلسازی عددی و فیزیکی، آنالیزهای مختلف تراوش و پایداری با مدلسازی عددی به کمک نرم افزاری ژیواستودیو انجام شد. به این ترتیب که در مدل های عددی ارتفاع زهکش پنجه ای بین 20 تا 50 درصد کاهش و بخشی از مصالح باقیمانده بصورت زهکش افقی، با زهکش پنجه ای کاهش یافته، ترکیب شد. طبق نتایج، در مدل هایی که نصف مصالح باقیمانده از کاهش ارتفاع زهکش پنجه ای، در ایجاد قسمت افقی استفاده شده بود، حداقل فاصله ی عمود مابین شیب پایین دست با سطح آزاد آب در داخل بدنه بین 11 تا 157 درصد افزایش و حجم مصالح زهکش بین 25 تا 50 درصد در مقایسه با مدل های دارای زهکش پنجه ای کاهش می یابد. از طرفی، استفاده از زهکش ترکیبی با عملکرد هیدرولیکی یکسان با زهکش پنجه ای، ضمن کاهش 18 تا 60 درصدی حجم مصالح زهکش، علی رغم حذف بخشی از مصالح درشت دانه که مقاومت برشی بیشتری نسبت به مصالح بدنه دارند، به دلیل سهم کمتر ناحیه ی زهکش در طول سطح لغزش و پایین افتادن سطح آزاد آب و افزایش تنش موثر در بخش پنجه، منجر به کاهش حداکثر تا 68/10 درصد در پایداری شیب های پایین دست گردید.

برداشت شن و ماسه، بخصوص از مکان هایی با پتانسیل کمتر، پارامترهای رسوب و جریان اطراف پایه های پل را تحت تاثیر قرار داده و با ایجاد تلاطم و افزایش بار رسوبی در جریان منجر به تاثیرات منفی بر میزان و وسعت آبشستگی حول پایه های پل می گردد. در تحقیق حاضر، تاثیر برداشت مصالح رودخانه ای و پارامترهای هیدرولیکی و رسوبی، بر آبشستگی گروه پایه پل، بررسی گردید. بدین منظور 22 آزمایش در دو دانه بندی مختلف A (قطر متوسط ذرات mm78/0) و B (قطر متوسط ذرات mm78/0)، برای دو حالت بستر با گودال و بدون گودال مورد بررسی قرار گرفت. دو گروه پایه با سه پایه متوالی در راستای جریان در بالادست و پایین دست بستر متحرکی به طول 25/4 متر، درون کانالی به طول 13 متر و عرض 2/1 متر قرار گرفته است. تاثیر برداشت مصالح بر میزان آبشستگی در هر دو قسمت بالادست و پایین دست گروه پایه های مذکور در شرایط جریان زیر بحرانی (محدوده عدد فرود 1/0-5/0) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در اعداد فرود 5/0 برای هر دو مدل A و B، وسعت در پایه اول در بستر بالادست دارای بیشترین مقدار و در اعداد فرود 25/0 نیز برای هر دو مدل A و B پایه چهارم که در بستر پایین دست واقع است، بیشترین وسعت آبشستگی را به خود اختصاص می دهد. بررسی پایین دست گروه پایه ها برای برداشت شن و ماسه، نشان داد که گروه پایه ها به برداشت مصالح از پایین دست خود حساس تر هستند. چراکه با برداشت مصالح از بالادست گروه پایه، عمق آبشستگی کاهش و برداشت از پایین دست این گروه پایه، عمق آبشستگی را افزایش می دهد.

در مقاله حاضر، ستون جدایش در لوله های پر فشار تحت تاثیر وقوع ضربه قوچ بصورت عددی با استفاده از مدل-های یک بعدی و شبه دو بعدی گسسته حفره گازی مورد مطالعه و بررسی قرار داده میشود. مدل یک بعدی برپایه روش مشخصه ها مدلسازی شده و از مجموع اصطکاک ناماندگار برونون و اصطکاک شبه ماندگار برای شبیه سازی استهلاک انرژی استفاده می شود. در مدل پیشنهادی شبه دوبعدی، از معادلات مشخصه در راستای محور خط لوله و از معادلات تفاضل محدود در راستای شعاع برای مدل سازی ضربه قوچ استفاده شده و سپس با معادلات حاکمه مدل گسسته حفره گازی کوپل شده و مدل آشفتگی پنج لایه نیز برای شبیه سازی استهلاک انرژی بکار گرفته می شود. همچنین دینامیک رشد حباب ها و روند تغییرات دما و فشار درون حباب ها با استفاده از معادله رایلی-پلست نیز مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. از مطالعه نتایج مدل ها مشاهده می شود که مدل شبه دو بعدی در محاسبه استهلاک انرژی بویژه در سیکل های پایانی ضربه قوچ موفق تر عمل کرده است.