هیدرولیک
سال:1404 | دوره:20 | شماره:2 |تعداد مقالات:8

روش های مبتنی بر شبکه بندی که از گذشته ابزاری مفید برای مدل سازی جریان بوده اند، دارای محدودیت هایی می باشند. روش هیدرودینامیک ذرات هموار از جمله روش های رایج بدون شبکه است که مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به کاربرد وسیع روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف، در پژوهش حاضر انتشار جریان آب عبوری از روی پله، با استفاده از این روش، شبیه سازی شده است. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر سیال گسسته سازی گردیده است. سپس نتایج عددی مسئله انتشار جریان شکست سد با داده های تجربی صحت سنجی شده است. با توجه به اهمیت فاصله ذرات و تابع کرنل در روش هیدرودینامیک ذرات هموار، تاثیر این دو پارامتر بر نتایج روش مذکور مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج صحت سنجی نشان دهنده سطح بالایی از دقت و سازگاری بین نتایج شبیه سازی و داده های مرجع است. سپس، دو سناریو شبیهسازی شده است: (1) جریان شکست سد از دو پله به سمت پایین سقوط کرده، به بستر رسیده و در دو جهت انتشار یافته است. (2) دو پله به شکل مانع در جهت جریان قرار داده شده و برخورد جریان آب با این موانع بررسی شده است. نتایج شبیه سازی با نتایج حاصل از نوعی مدل عددی حجم سیال به وسیله نرمافزار استار سی دی مقایسه گردیده است و یک تجزیه و تحلیل کمی با محاسبه نرم اقلیدسی انجام شده است که این معیار خطا از1.2723e-4 تا 4.9367e-4متر متغیر است. مقایسه نتایج شبیه سازی های انجام شده با داده های عددی و آزمایشگاهی نشان می دهد که روش هیدرودینامیک ذرات هموار با تراکم پذیری ضعیف می تواند به عنوان روشی مناسب جهت شبیه سازی جریان آب عبوری از روی پله مورد استفاده قرار گیرد.

ارائه راهکاری مناسب برای کاهش هجوم آب شور به آبخوان های ساحلی، می تواند نقش مؤثری در مدیریت منابع آب نواحی ساحلی داشته باشد. در این پژوهش تلاش شد اثر چاه تغذیه و چاه برداشت به عنوان موانع هیدرولیکی و دیوار آب بند به عنوان مانع فیزیکی به صورت مجزا و توام با هم بر چگونگی کاهش هجوم آب دریا با استفاده از آزمایش های تجربی ارزیابی شود. مقایسه نتایج به دست آمده در زمان بکارگیری هریک از موانع به تنهایی نشان داد که استفاده از چاه تغذیه به صورت مجزا به مراتب عملکرد بهتری بر میزان کاهش هجوم آب شور نسبت به بکارگیری دیوار آب بند و چاه برداشت به صورت مجزا دارد. همچنین نتایج نشان داد، بکارگیری دیوار آب بند و چاه برداشت به صورت هم زمان به میزان 8/11% نسبت به کاریرد دیوار آب بند تنها و به مقدار 1/14% نسبت به چاه برداشت مجزا و همچنین بکارگیری دیوار آب بند و چاه تغذیه به میزان 26% نسبت به چاه تغذیه و به مقدار 5/4% نسبت به دیوار آب بند اثر گذاری بهتری جهت کاهش هجوم آب شور دارد. از سویی استفاده هم زمان از چاه برداشت و چاه تغذیه در جلوگیری از هجوم آب شور به میزان 5/22% عملکرد بهتری در جلوگیری از نفوذ آب شور نسبت به چاه برداشت تنها داشته اما حدود 3/1% عملکرد ضعیف تری نسبت به چاه تغذیه دارد. اثر ترکیبی هر سه مانع با هم در جلوگیری از هجوم آب شور به ترتیب به میزان 17% و 3/19% نسبت به دیوار آب بند و چاه برداشت تنها عملکرد بهتری داشته است.

ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺿﺮﺑﻪﺍﻱ ﺩﺭ ﻭﺍﻗﻊ ﻧﻮﻋﻲ ﺍﺯ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺳﻮﻧﺎﻣﻲ ﻫﺴﺘﻨﺪ. ﻣﻬﻢﺗﺮﻳﻦ ﻋﺎﻣﻞ ﺍﻳﺠﺎﺩ ﺍﻳﻦ ﺍﻣﻮﺍﺝ، ﺍﻧﺘﻘﺎﻝ ﻣﻮﻣﻨﺘﻢ ﺍﺯ ﺗﻮﺩﻩﻱ لغزشی ﺑﻪ ﺁﺏ ﺍﺳﺖ. ﭘﺪﻳﺪﻩ اﻣﻮاﺝ ﺿﺮﺑﻪﺍﻱ عامل ﺷﻜﺴﺖ ﺳﺪ ﻭ ﺳﻴﻼﺏ ﺣﺎﺻﻞ ﺍز آن است. بنابراین ﺷﻨﺎﺳﺎﻳﻲ ﻋﻮﺍﻣﻞ ﻣﻮﺛﺮ ﺩﺭ این پدیده ﻫﻤﻮﺍﺭﻩ ﺍﺯ ﺩﻏﺪﻏﻪﻫﺎﻱ ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﻭ ﻃﺮﺍﺣﺎﻥ ﺩﺭ ﺣﻮﺿﻪ هیدرولیک و سد ﺑﻮﺩﻩ ﺍﺳﺖ. این پژوهش با استفاده از مدل عددی Flow-3D انجام شده و از داده های آزمایشگاهی(Breguli et al.,2017) جهت اعتبارسنجی مدل استفاده شده است. در این پژوهش، برای نخستین بار تاثیر کشش سطحی بر انتشار موج در مدلسازی سه بعدی موج با مدل Flow-3D درنظر گرفته شده است. نتایج نشان می دهد که درنظر گرفتن نیروی کشش سطحی برای استخراج نتایج با دقت بالا لازم است و خطای مدلسازی را درحالیکه سایر شرایط شبیه سازی نظیر شرایط اولیه و مرزی و اندازه شبکه یکسان است، به طور متوسط 5درصد کاهش می دهد. همچنین عمق آب ساکن درون مخزن و تخلخل توده لغزنده بر مشخصات موج ضربه ای منتشر شده اثرگذار بوده است. طبق نتایج حاصل، با افزایش حدود دو برابری عمق آب، سرعت و طول موج ایجاد شده به ترتیب نزدیک به 30 و 48 درصد افزایش می یابد. بعلاوه با کاهش 10درصدی تخلخل توده لغزشی، سرعت موج 14درصد و طول موج 10 درصد کاهش یافته اند.

سرریزها از اصلی‏ترین اجزاء سد می‏باشند که باعث کاهش انرژی مستهلک آب می‏گردند. از جمله سرریزهای که از لحاظ اقتصادی بسیار با صرفه می‏باشند، پرتاب کننده جامی می‏باشد. در اجراء این پرتاب کننده‏ها، طراحی براساس ماکزیمم فشار و نیرو صورت می‎گیرد که باعث طراحی بسیار بالا از نظر اقتصادی و هم از لحاظ زمان اجرا خواهد شد. با استفاده از مطالعات صورت گرفته نیز یک طراحی منطقی صورت خواهد گرفت. در این مطالعه با استفاده از حل تحلیلی معادلات حاکم بر توزیع فشار به وسیله انتگرال‏گیری معین و با استفاده از روش گاما معادله توزیع نیرو بدست آمده است. در ابتدا با استفاده از داده‏های آزمایشگاهی سد جره، توزیع فشار بدست آمد و با استفاده از توزیع فشار، توزیع نیرو بدست آمده است، سپس برای چک نمودن آن با روش عددی، از نرم‏افزار FLOW-3D استفاده شده است، که با استفاده از آن، روش حجم محدود (Volume of Fluid) برای تعیین جریان سطح آزاد و سپس با استفاده از FAVOR (Fractional of Area/Volume Representation) برای در نظر گرفتن موانع در میدان جریان استفاده شده است. با استفاده از مدل‏های عددی فشار و سرعت سد مذکور، معادلات فشار و نیرو برای آن بدست آمده است، این نتایج عددی با نتایج تحلیلی بدست آمده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته شد. درصد خطا مطالعات تئوری و عددی 28 درصد و از نظر تغییرات مکان و جابه‏جایی 5 درصد می‏باشد. با استفاده از توزیع نیرو، یک طراحی بسیار منطقی از لحاظ اقتصادی برای مقادیر بتن‏ریزی سرریز مورد نظر ارائه گردید.

موضوع آبشستگی پایه های پل از اهمیت زیادی برخوردار است. زیرا این پدیده می تواند تبعات زیادی از جمله خسارات جانی و مالی ناشی از شکست پل را به همراه داشته باشد.یکی از دلایل اصلی که باعث افزایش عمق آبشستگی موضعی می‏گردد انباشت موانع شناور جریان رودخانه ها، نظیر تنه و شاخ و برگ درختان در اطراف پایه های پل می‏باشد. هدف از پژوهش بررسی میزان آبشستگی پایه‏های پل رودخانه سقز بر اثر تجمع موانع شناور و آوار و وجود شاخه ورودی بر رودخانه سقز می باشد. ل قابلیت مدل عددی با استفاده از داده های اندازه گیری شده ارتفاع سطح آب، سرعت کانال اصلی، عدد فرود و تراز سطح انرژی برای سیلاب 100 ساله اعتبار سنجی گردید. مقایسه نتایج قابلیت بسیار خوب مدل عددی در پیش بینی پارامترهای جریان را نشان می‏دهد. بررسی اثر انباشت موانع شناور جریان و وجود شاخه فرعی بر آبشستگی پایه پل نشان داد که عمق آبشستگی موضعی پایه های سواحل کناری (پایه های شماره 1و 2) کمتر از پایه های واقع در کانال اصلی است ولی تاثیر وجود شاخه یا انباشت اجسام بر افزایش عمق آبشستگی برای این پایه ها بیشتر است. هم چنین پایه شماره 1 کمترین مقدار را در بین پایه ها دارد. ترتیب بزرگی عمق گودال آبشستگی موضعی برای سیلاب های مختلف به صورت پایه های شماره 4، 3، 5، 2 و 1 است. حداکثر عمق آبشستگی موضعی در حالت وجود شاخه و دبی 200 ساله رخ داده و برای پایه شماره 4 است که مقدار آن توسط معادله CSU 15/1 متر محاسبه شده ولی معادله فرولیچ مقدار عمق را 04/1 متر محاسبه کرده است.

پایه های پل مرکب، ترکیبی از چند شمع، سرشمع و یک یا چند ستون در بالای سرشمع، به علت اندرکنش جریان و قسمتهای مختلف پایه، سازوکار پیچیده تری نسبت به تک پایه ها دارا می باشند. با وجود این پیچیدگی، اکثر مطالعات صورت گرفته روی پایه های پل مرکب بر آبشستگی حول پایه ها متمرکز بوده است. در مطالعه حاضر به مدل سازی عددی الگوی جریان حول پایه های پل مرکب، به منظور توصیف بهتر سازوکار جریان پرداخته شده است. به این منظور مدل سازی عددی در نرم افزار فلوتری دی انجام شد و پس از صحت سنجی مدل عددی، الگوی جریان، آشفتگی و تنش برشی حول پایه های بررسی گردید. مدل سازی ها نشان از وجود پدیده هایی چون ناحیه کم سرعت جریان در محدوده پایه های متوالی، وجود جریان گردابی حول محور قائم پس از پایه دارد. افزایش عمق جریان بالادست پایه ها و کاهش عمق جریان در محل برخورد جریان با ستون نیز در نتایج عددی مشاهده شد. جریان گردابی حول محور طولی کانال در پایین دست و جریان گردابی در محل اتصال سرشمع به ستون نیز از دیگر وبژگی های جریان حول پایه_های مرکب بود که مدل عددی آن را شبیه سازی نمود. نتایج مدلسازی عددی نشان داد بیشینه تنش برشی اطراف اولین پایه مقابل جریان رخ داده و بیشینه شدت آشفتگی در محل برخورد به اجزای پایه مرکب بوده است. همچنین پدیده حفاظتی ردیف های بالادست پایه ها روی ردیف های پایین دست منجر به کاهش تنش برشی ردیف های دوم، سوم و چهارم پایه-ها نسبت به ردیف ماقبل خود به ترتیب برابر 42، 36 و 31 درصد و کاهش سرعت برآیند 17، 10 و 5/7 درصد شد.

ایستگاه های پمپاژ مهمترین مصرف کنندگان انرژی در صنعت آب و فاضلاب هستند که انرژی الکتریکی در آن ها نقشی اساسی دارد. مهم ترین عامل مصرف انرژی در سیستم های پمپاژ نحوه عملکرد پمپ است. مصرف انرژی در واحد حجم سیال پمپاژ شده در هر پمپ به ازای دبی های مختلف پمپاژ، متفاوت است بدین جهت بازده پمپ با دبی آن تغییر خواهد کرد. در این مقاله نویسندگان یک روش بهینه سازی با مدل ترکیبی الگوریتم گرگ خاکستری و رگرسیون بردار پشتیبان را جهت تنظیم یک پمپ در سیستم پمپاژ فاضلاب تحت جریان ورودی متغیر ارائه کرده اند. داده های دبی استفاده شده در این مدل، مربوط به ایستگاه پمپاژ ورودی تصفیه خانه فاضلاب زاهدان است. داده های دریافتی با فرکانس ساعتی، با استفاده از روش مونت کارلو و توزیع نرمال به داده هایی با فرکانس دقیقه ای تبدیل شدند. سپس، با بهره گیری از الگوریتم بهینه سازی گرگ خاکستری و روابط هیدرولیکی پمپاژ، مقادیر بهینه متغیرهای دبی، هد، توان و بازده سیستم تعیین گردید. این مقادیر به عنوان ورودی به مدل رگرسیون بردار پشتیبان وارد شده و مدل برای پیش بینی سرعت دوران بهینه پمپ آموزش داده شد. مدل ترکیبی حاصل، منجر به کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده پمپ به میزان تقریبی 10 درصد نسبت به حالت دور ثابت در دوره های زمانی مختلف شد. مقایسه نتایج شبیه سازی سرعت دوران پمپ توسط رگرسیون بردار پشتیبان با نتایج حاصل از الگوریتم گرگ خاکستری، نشان دهنده دقت بسیار بالای مدل رگرسیون با ضریب همبستگی (R2) بیش از 0.996 است.

در فروردین 1398 سیلی خسارت بار در حوضه دروازه قرآن شیراز اتفاق افتاد. جهت جلوگیری از تکرار این اتفاق، سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری استان فارس شش سد تاخیری در منطقه احداث نمود. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر این سدها بر سناریوهای مختلف سیلاب در منطقه از طریق شبیه سازی هیدرولیکی است. در این مطالعه از مدل رقومی ارتفاعی ماهواره ALOS و برداشت پهپاد به عنوان ورودی به مدل عددی HEC-RAS جهت شبیه سازی دوبعدی استفاده گردید. نتایج شبیه سازی عددی نشان داد که سازه های کنترل سیلاب در این منطقه اثرات قابل ملاحظه ای بر کنترل سیل در زمان های بارندگی شدید که منجر به جاری شدن سیل می شوند داشتند. در بخش دیگر مطالعه به مقایسه نتایج شبیه سازی هیدرولیکی که با مدل های رقومی ارتفاعی پهپاد و آلوس تهیه شده بودند پرداخته شد. نتایج نشان داد که در خروجی های مدل پهپاد سدهای کنترل سیلاب تا 47 درصد در کاهش دبی بیشینه موثر بودند و زمان اوج سیل تا 36 دقیقه به تاخیر افتاده است. در خروجی ماهواره آلوس مشاهده گردید سدهای کنترل سیلاب تا 15 درصد در کاهش دبی بیشینه موثر و زمان اوج سیل تا 18 دقیقه به تاخیر افتاده است.