فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال سوم شماره 2 (تابستان 1387)

  • تاریخ انتشار: 1387/05/05
  • تعداد عناوین: 5
|
  • محمد هادی افشار، عباس افشار، سید حامد معراجی، مهرداد غفاری صفحه 13

    با توجه به این که سیستمهای کنترل و هدایت سیلاب بسیار گسترده و پر هزینه هستند، طراحی سیستمهایی با هزینه کمتر و با ملحوظ کردن تمامی پارامترها و متغیرهای طراحی، ذهن محققان را به خود مشغول کرده است. لذا ایجاد نوعی مدل بهینه سازی جهت طراحی این سیستمها ضروری است. با توجه به کاربرد وسیع الگوریتم ژنتیک در علوم مختلف، در این مقاله پس از بررسی تاریخچه تحقیقات و تلاشهای انجام شده در زمینه کاربرد آن در حوزه مهندسی آب، از این الگوریتم به عنوان روش جستجو برای طراحی بهینه این سیستم ها استفاده شده است. در این مقاله نوعی مدل بهینه سازی ارائه شده، که در آن از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه سازی و از بلوک Transport از نرم افزار SWMM به عنوان ابزار شبیه ساز برای تحلیل هیدرولیکی سیستم کنترل سیلاب استفاده شده است. مدل بهینه سازی ارائه شده، مجموعه ای کارامد را ایجاد کرده که ضمن بررسی دقیق رفتار هیدرولیکی سیستم، توانایی طراحی بهینه سیستم مورد نظر را دارد. به عنوان مطالعه موردی، از مدل مزبور برای طراحی بهینه سیستم کنترل سیلاب پارس جنوبی که ترکیبی از سد تاخیری با تخلیه کننده تحتانی و چند کانال انتقال آب می باشد، استفاده شده است. نتایج، نشان دهنده کارامدی مدل پیشنهادی در کاهش هزینه های ساخت تا حدود 23 درصد است.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی، SWMM، Transport، سیستم کنترل سیلاب
  • محمد بدلی مشاهیر، امیر رضا زراتی، ابراهیم مکلف سربند صفحه 19

    چکیده- با نصب طوق بر روی پایه پل، جریان رو به پایین با برخورد به سطح طوق منحرف شده و بستر اطراف پایه در برابر آبشستگی محافظت می شود. در تحقیق حاضر طوق هایی با عرض موثر ثابت 3B (که B عرض پایه است) و با طولهای مختلف 5B، 7B و 9B بر روی پایه مستطیل شکل با نسبت طول به عرض 1:3 نصب شده و عملکرد آن در ارتباط با توسعه زمانی آبشستگی (شروع آبشستگی در جلوی پایه) و کاهش عمق آبشستگی مطالعه شده است. پایه در راستای جریان و با زوایای 10 و 20 درجه نسبت به جریان قرار داده شده و تمامی آزمایشها در شرایط آستانه حرکت ذرات، به منظور دستیابی به حداکثر عمق آبشستگی انجام شده است. بر پایه این نتایج در حالت پایه قرار گرفته در راستای جریان تا 185 ساعت، آبشستگی به زیر طوق 9B نرسیده و حداکثر آبشستگی در کنارهای طوق اتفاق می افتاد که میزان آن در حدود 60 درصد کمتر از آبشستگی در پایه بدون حفاظ است. وقتی پایه نسبت به راستای جریان زاویه داشته باشد، کارایی طوق در کاهش نرخ آبشستگی کاهش می یابد. نتایج نشان می دهد در پایه زاویه دار عمق آبشستگی پس از گذشت 50 ساعت از شروع آزمایش به طور متوسط در حدود 30 درصد نسبت به پایه بدون حفاظ کاهش می یابد. همچنین نرخ آبشستگی با وجود طوق بلند تر کمتر می شود.

    کلیدواژگان: آبشستگی، پایه پل، طوق، توسعه زمانی آبشستگی
  • حمید شاملو، علی حقیقی صفحه 27

    به منظور شناسایی نشت در خطوط لوله، جریان گذرا با بستن شیر انتهایی در مدت زمانی مشخص برقرار شده و سپس نوسانهای فشار تنها در محل شیر و پس از بسته شدن کامل، نمونه برداری می شوند. برای حذف اغتشاشهای نامطلوب و سایر عدم قطعیت های ناشی از شبیه سازی شیر، مدل ریاضی تحلیل جریان گذرا با به کارگیری ساختار جدیدی از روش خطوط مشخصه (MOC) به صورت مستقل از نوع شیر، زمان و روش بسته شدن آن توسعه داده می شود. بر اساس مقادیر نمونه برداری شده و با به کارگیری مدل عددی مذکور، مشخصه های جریان شامل نوسانهای فشار و دبی در سراسر لوله با تحلیل عقب گرد جریان از شیر انتها تا مخزن بالادست قابل محاسبه است. در این شرایط مقادیر محاسباتی بلندای (هد) مخزن، تابعی از پارامترهای مجهول نشت، شامل متغیرهای صحیح تعداد و محل نشت (با توجه به گسسته سازی خطوط مشخصه) و همچنین متغیرهای حقیقی اندازه نشت ها خواهند بود. به منظور شناسایی پارامترهای نشت، تابع هدفی با معیار کمینه سازی اختلاف مربعات مقادیر محاسباتی و مشاهداتی هد مخزن تشکیل داده شده و با کمینه سازی آن و تعیین متغیرهای مختلط تصمیم گیری، پارامترهای نشت در خط لوله تعیین می شود. در تحقیق حاضر برای حل این مساله معکوس برنامه ریزی غیرخطی با پارامترهای مجهول مختلط صحیح و حقیقی (MINLP)، نوعی روش بهینه سازی بر پایه الگوریتم ژنتیک (GA) توسعه داده شده است. توانمندی روش با استفاده از یک مثال عملی و دو مثال تئوری نشان داده شده که نتایج، حاکی از کاربرد آسان و اعتمادپذیری قابل قبول روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: نشت، جریان گذرا، برنامه ریزی غیرخطی مختلط، الگوریتم ژنتیک
  • بهار فیروز آبادی *، حامد حامدی نژاد صفحه 43

    به علت تغییر در شرایط شیرها، راه اندازی یا متوقف شدن پمپ ها یا تغییر بار مصرفی توربین ها در خطوط لوله، جریان گذرایی ایجاد شده و پدیده ای اتفاق می افتد که به آن ضربه قوچ می گویند. در چنین شرایطی، یک موج فشاری تولید می شود. عامل مستهلک شدن این امواج تنش برشی دیواره است. مقایسه نتایج تجربی و تئوری نشان داده است که در مدل سازی استهلاک امواج فشاری، استفاده از ضریب اصطکاک دائم یا شبه دائم در مدل های یک بعدی، به پیش بینی غلط رویدادها منجر می شود. در حقیقت پروفیل های سرعت در شرایط واقعی غیر دائم، گرادیان های شدیدتری داشته و در نتیجه تنش برشی از حالت دائم بیشتر خواهد بود. به علاوه در جریان گذرا ممکن است تنش برشی روی دیوار با متوسط جریان هم فاز نباشد. این وابستگی ضریب اصطکاک به فرکانس، در مدل های یک بعدی به وضوح مشخص نیست. در نتیجه مطمئن ترین روش مدل سازی جریان گذرا روش دوبعدی است که در آن پروفیل سرعت در هر لحظه به دست می آید؛ اگر چه روش های دو بعدی با وجود دقت بالا، از نظر حجم محاسبات پر هزینه هستند. در این مقاله شرایط گذرای سیستم شیر-لوله-مخزن به صورت دوبعدی برای جریان آرام و آشفته شبیه سازی شده است. در جریان آشفته از فرضیه طول اختلاط پرانتل برای مدل سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج حاصل از این روش با نتایج به دست آمده از مدل های یک بعدی با ضرایب اصطکاک دائم و غیر دائم (مدل برونون) نیز مقایسه شده است. در مدل سازی حاضر برای کاهش حجم محاسبات و زمان اجرا، در جمله غیر خطی تنش برشی در مدل آشفتگی از فیزیک مساله استفاده شده است. مقایسه نتایج روش دو بعدی با نتایج تجربی و نیز نتایج یک بعدی نشان می دهد که روش حاضر به خوبی می تواند استهلاک نوسانات را پیش بینی کند.

    کلیدواژگان: جریان گذرا، مدل های اصطکاک غیر دائم، نظریه طول اختلاط، روش تفاضل محدود، مدل دو بعدی، ضربه قوچ
  • سید مرتضی سادات هلبر، ابراهیم امیری تکلدانی *، فاطمه درزی صفحه 59

    سرعت سقوط ذرات رسوبی یکی از پارامترهای مهم در پدیده انتقال رسوب، ریخت شناسی بستر و سواحل رودخانه ها، رسوبگذاری در مخازن سدها و نیز طراحی حوضچه های رسوبگیر در شبکه های انتقال آب است. به منظور تخمین سرعت سقوط ذرات رسوبی، تاکنون روابط متعددی ارائه شده که بر حسب محدودیت های موجود در آنها و نیز دقت حاصل، مورد استفاده محققان و طراحان مختلف قرار می گیرد. دراین تحقیق، با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی، مدلی برای برآورد سرعت سقوط ذرات رسوبی ارائه شده است. شبکه عصبی این تحقیق با استفاده از 115 گروه داده اندازه گیری شده در تحقیقات مختلف (با مشخصات متفاوت سیال و رسوب) و با توجه به پارامترهای موثر بر سرعت سقوط ذرات رسوبی، طراحی و صحت سنجی شد. در مدل شبکه عصبی، شبکه پرسپترون چند لایه با قانون یادگیری انتشار سریع برای بازیابی نگاشت غیرخطی میان ورودی های شبکه (متغیرهای مستقل) و خروجی شبکه (متغیر وابسته) به گونه ای طراحی شد تا از این طریق، تخمین سرعت سقوط ذرات رسوبی میسر شود. برای بررسی دقت مدل در پیش بینی سرعت سقوط ذرات، خروجی های مدل با نتایج حاصل از 14 مدل آزمایشگاهی و تحلیلی که توسط سایر محققان ارائه شده، با استفاده از معیارهای ضریب همبستگی و میانگین خطای نسبی مقایسه شد. نتایج حاصل از مقایسه، نشان دهنده دقت بیشتر مدل شبکه عصبی مصنوعی نسبت به سایر مدلها است.

    کلیدواژگان: سرعت سقوط، شبکه عصبی مصنوعی، مهندسی رودخانه، ذرات رسوبی، چگالی نسبی
|
  • M. H. Afshar, A. Afshar, S. H. Meraji, M. Ghafari Page 13

    Flood conducting and controlling systems are very huge and the construction and operation of these systems are very expensive. Any reduction in the construction cost of these system will lead to a major saving. This paper addresses the problem of optimal design of flood controlling systems using detention dams and proposes a methodology for the optimal design of these systems using evolutionary algorithms. The method uses Genetic Algorithm (GA) as a search engine and the Transport Module of the SWMM as the simulator. The simulator is able to analyze the unsteady flow in open channels and the basin of the dam. It is shown that interfacing GA as the optimizer and SWMM as the simulator leads to an efficient optimization tool for the optimal design of flood controlling systems. The effectiveness and efficiency of the model is tested against a simple analytical problem The applicability of the model for large scale real world problems is verified by solving the flood controlling system of South Pars Project and the results are compared with those proposed by the Consulting Engineers. The results show that proposed optimization model can considerably (about 23%) reduce the total costs of flood controlling systems.

  • M. B. Mashahir, A. R. Zarrati, Ebrahim Mokallaf Page 19

    Collars acts as a barrier to the down flow and prevent its direct impingement to the streambed. In the present work collars with 3 different lengths (5B, 7B and 9B, B=pier width) and constant width equal to 3B were installed around a rectangular pier with aspect ratio equal to 1:3. Also, collars were attached at the streambed level and all tests were conducted at the threshold of bed material motion where maximum depth of scour hole is expected. Piers aligned with the flow and skewed at 10o and 20o to the flow were tested. Long time tests were carried out to study the development of the scour hole around the pier and efficiency of the collar. Based on experiment results with 9B collar, flow could not penetrate below the upstream edge of the collar after 185 hours. Therefore, scouring at the upstream region of the pier will not occur. In this test maximum depth of scouring occurred at the sides of the collar with 60% reduction of local scouring compared with an unprotected pier. With skewed pier performance of the collar on reducing the rate of scouring was decreased. Results of the experiments showed that at skewed piers, after 50 hours depth of scouring reduced about 30% compared with an unprotected pier. In addition the rate of scouring decreased with 9B collar.

  • H. Shamloo, A. Haghighi Page 27

    For leak detection in a pipeline, transient flows are generated by closing the end control valve. Then the pressure fluctuations are sampled only at the valve location after its full closure. To eliminate undesirable noisy effects and other uncertainties associated with numerical modeling of the valve, a new structure of the method of characteristics (MOC) has been developed independent of the valve type, the method and the duration of closure with no need to impose initial conditions. Using the pressure samples, transient flow through the pipe can be analyzed backward from the downstream end valve to the upstream reservoir. In this condition, the calculated reservoir heads will be functions of leaks parameters containing leaks area as real parameters and the number and location of leaks as integer parameters. In order to find leaks parameters in a pipe an objective function is defined as the sum of squares of differences of the observed and calculated reservoir heads. The Mixed Integer Non Linear Programming (MINLP) is used to minimize nonlinear objective function and determine the integer and real parameters of the leak problem. An optimization method based on genetic algorithm has been developed for this problem. Several examples are solved to show the ability of the presented method. The method was found to be practical, reliable and easy to be used.

  • B. Firoozabadi, H. Hamedi Nezhad Page 43

    The condition known as water-hammer problem is in fact, a transient condition which may occur as a result of the worst-case loadings such as pump failures, valve closure in a pipe line system. In such cases, a positive pressure wave travels upstream and a negative wave downstream from the point of interruption. The pressure in the water hammer can vary in such a way that in some cases, it may increase and cause destruction to the hydraulic systems. The experimental evidence of dependence of friction on frequency in oscillating flows induced researchers to propose 1-D models in which this effect is taken into account explicitly. In fact, the velocity profiles in unsteady flows show greater gradients, and thus greater shear stresses, than the corresponding values in steady flows. 1D- model approaches give rise to an under- estimation of the friction forces.In this work, a 2-D model for unsteady transient flow in a pipeline with a reservoir-pipe-valve system was simulated for laminar and turbulent flows. In turbulent flow, the Prandtl mixing length was used for turbulence modeling. Results of this simulation were compared with the results obtained from the 1-D models with steady and unsteady (Brunone model) friction terms. This simulation shows that the unsteady flow phenomena can be more accurately modeled by means of 2-D models, in which the velocity profiles in the cross section, is taken into account. However, the 2D model is more time consuming than 1D model. Through comparisons with the experimental data, results show that applying 2D model can improve the magnitude of the predicted duration of the pressure pulse.

  • S.M. Sadat-Helbar, E. Amiri-Tokaldany, F. Darzi Page 59

    The fall velocity of sediment particles is one of the important parameters in the phenomenon of sediment transport, river bed and bank morphology, reservoir sedimentation and designing settling basins of water transport networks. To estimate the sediment fall velocity, many relationships in the literature have been used by scientists and engineers but they have limitations. In this research, using an Artificial Neural Network, a model to estimate the sediment fall velocity is introduced. The model is designed and validated using 115 series of data presented in different researches covering an extensive range of sediment and fluid characteristics. The multi layer perception network with quick back propagation learning scheme is used to estimate the nonlinear mapping between input data, i.e. independent variables, and the output of the network, i.e. dependent variable. This nonlinear mapping is used to estimate the fall velocity. To evaluate prediction accuracy of the model, predictions of the designed network are compared with 14 experimental data set and analytical models of previous researches. Comparisons were made using different error measures and it is found that the prediction accuracy of the artificial network model is better than existing models.