26024

مطالعه هيدروديناميك جريان در حوضچه هاي آرامش تيپ I و II

دكتري

مهندسي عمران - مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

1400

1400/09/15

ابراهيم جباري و حامد سركرده

مهندسي عمران

نوسانات فشار در پرش هيدروليكي، يكي از ويژگي¬هاي مهم جريانات آشفته است كه اثرات نامطلوبي بر روي عملكرد حوضچه¬هاي آرامش دارد. در اين پژوهش به تجزيه و تحليل فشارهاي هيدروديناميكي جريان در حوضچه¬هاي آرامش تيپ I و II كه فاقد بلوك مياني هستند، پرداخته شده است. به¬منظور تجزيه و تحليل انبوه داده¬هاي فشارهاي هيدروديناميكي به¬دست آمده از مدلهاي هيدروليكي نياز به استفاده از رويكردهاي هوشمندي است كه بتواند دانش نهفته و الگوي حاكم موجود درون داده¬ها را كشف نمايد. لذا از رويكردهاي محاسباتي نرم شامل مدلهاي ANN، GEP، MARS و دو الگوريتم درختان تصميم به نام-هاي M5 و CART براي تخمين ضريب بي¬بعد نوسانات فشار استفاده شده است. ارزيابي مدلهاي حاصل نشان داد كه مدل MARS در مقايسه با ديگر روابط پيشنهاد شده دقت بالاتري دارد. علاوه بر اين، از آنجايي¬كه در كارهاي آزمايشگاهي همواره امكان حضور داده پرت در بين داده¬هاي فشارهاي هيدروديناميكي برداشت شده از مدلهاي هيدروليكي وجود دارد. لذا، از رويكرد هوشمند تركيبي الگوريتم¬هاي تكاملي شامل الگوريتم¬هاي PSO، GA و ABC و كاربرد توابع هدف BOF، CS و DB براي شناسايي داده¬هاي پرت، در حوضچه¬هاي آرامش نوع I و II استفاده شده است. همچنين، براي تجزيه و تحليل بيشتر نتايج از روش آناليز طيفي استفاده شده است. رويكرد پيشنهاد شده، سبب بهينه¬سازي ضخامت دال بتني كف حوضچه¬هاي آرامش شده است. علاوه بر اين، با حذف داده¬هاي پرت مشاهده شده است كه ضخامت دال بتني در محورهاي راست و چپ حوضچه¬هاي آرامش تقريبا يكسان شده است كه اين موضوع باتوجه به متقارن بودن حوضچه¬هاي آرامش مورد مطالعه متناسب با فيزيك حاكم بر پديده است. در ادامه، از آنجايي كه در مطالعات آزمايشگاهي، امكان بررسي همزمان ارتباط بين فشارهاي هيدروديناميكي و مولفه¬هاي سرعت در مدلهاي فيزيكي سخت و حتي غير ممكن است؛ بدين¬منظور براي حل اين مساله از رويكرد شبيه¬سازي¬هاي عددي استفاده شده است. بنابراين، شبيه¬سازي عددي با استفاده از مدل آشفتگي LES و مدل سطح آزاد VOF براي شبيه¬سازي فشارهاي هيدروديناميكي و بررسي ارتباط فشارهاي هيدروديناميكي و مولفه¬هاي سرعت استفاده شده است. نتايج به¬دست آمده نشان داد كه بيشترين ارتباط معكوس بين فشارهاي هيدروديناميكي با مولفه افقي سرعت و پس از آن با مولفه قائم سرعت وجود داشته است. اما ارتباط خاصي بين مولفه عرضي سرعت و فشار مشاهده نشده است. رهيافتهاي حاصل از اين پژوهش مي¬تواند به پژوهشگران در جهت طراحي ايمن و مقرون ¬به¬صرفه سازه¬هاي هيدروليكي در معرض پرش هيدروليكي و به¬ويژه حوضچه¬هاي آرامش كمك شاياني نمايد.

1400/11/18

The Study of the hydrodynamics of flow in type I and II stilling basins

12/6/2022 12:00:00 AM

Pressure fluctuations in hydraulic jumps are one of the important features of turbulent flows that have adverse effects on the performance of stilling basins. In this study, the hydrodynamic pressures of the flow in type I and II stilling basins without an intermediate block have been analyzed. To analyze the big data of the hydrodynamic pressures obtained from hydraulic models, it is necessary to use intelligent approaches to discover the hidden knowledge and the governing pattern in the data. Therefore, soft computing approaches including ANN, GEP, MARS models, and two decision tree algorithms, M5 and CART, have been used to estimate the dimensionless coefficient of pressure fluctuations. Evaluation of the resulting models showed that the MARS model is more accurate than other proposed equations. In addition, there is always the possibility of outlier data among the hydrodynamic pressure data, taken from laboratory models, in laboratory works. Therefore, the combined intelligent approaches of the evolutionary algorithms including PSO, GA, and ABC and application of BOF, CS, and DB objective functions have been used to identify outlier data in type I and II stilling basins. Also, the spectral analysis method has been used for further analysis. The proposed approach optimizes the thickness of the concrete slab floor of stilling basins and reduces their thickness. In addition, by removing the outlier data, it is observed that the thickness of the concrete slab in the right and left axis of the stilling basins is almost the same, which is proportional to the physics of the phenomenon due to the symmetry of the studied stilling basins. Furthermore, since in laboratory studies, it is hard and even impossible to simultaneously investigate the relationship between hydrodynamic pressures and velocity components in physical models, the numerical simulation approach has been used to solve this problem. Therefore, numerical simulation such as the LES turbulence model and VOF free surface model has been used to simulate hydrodynamic pressures and investigate the relationship between hydrodynamic pressures and velocity components. Based on the obtained results, the most inverse relationship is found between hydrodynamic pressures and the horizontal component of velocity and then between the former one and the vertical component of velocity. But no special relationship has been observed between the transverse component of velocity and pressure. It can be concluded that the approaches obtained from this research can help researchers to design safe and cost-effective hydraulic structures exposed to hydraulic jumps, especially stilling basins.

حوضچه هاي آرامش , محاسبات نرم , شبيه سازي عددي , بهينه سازي

Stilling basins , Soft Computing , Numerical simulation , Optimization