پیشبینی نرخ فرسایش رسوبات چسبنده و تحلیل پارامتر¬های مؤثر بر آن به کمک شبکه عصبی مصنوعی

2023-02-01 08:21:24

مکانیک انتقال رسوبات چسبنده متفاوت از رسوبات غیرچسبنده است. در تعیین نرخ فرسایش رسوبات غیرچسبنده از پارامتر¬های فیزیکی استفاده می‌گردد، در حالی‌که به علت ماهیت رسوبات چسبنده نرخ فرسایش آن‌ها به صورت رابطه‌ای با تنش برشی بستر با ضرایب ثابت مربوط به ویژگی هر نوع رسوب تعریف می‌گردند. در این تحقیق از اطلاعات آزمایشگاهی رسوبات چسبنده مصب رودخانه لویر استفاده شده است که پس از صحت‌سنجی نتایج در نرم افزار مایک ، داده‌های آزمایشگاهی توسعه داده شدند تا بتوان با داده‌های بیشتر و شرایط هیدرولیکی متفاوت‌تری، پدیده فرسایش رسوبات را مورد مطالعه قرار داد. در ادامه نظر به تعداد پارامترهای متعدد مؤثر در پدیده فرسایش رسوبات، از شبکه عصبی برای ایجاد ارتباط میان داده‌ها استفاده گردید. پارامترهای استفاده شده در مدل شامل مؤلفه‌های جریان و مشخصه‌های رسوبات و سیال می‌باشند. به علت عملکرد بهتر شبکه عصبی این داده‌ها پس از بی‌بعدسازی مورد استفاده قرار گرفتند. ضریب همبستگی و میانگین قدر مطلق خطای داده‌ها در شبکه عصبی مورد استفاده به ترتیب 98/0 و 0036/0 به دست آمدند که بیان‌گر عملکرد مناسب شبکه بودند. در نهایت پس از انجام تحلیل حساسیت وزنی، پارامترهای و به ترتیب بعنوان مؤثرترین پارامترهای افزایش و کاهش نرخ فرسایش معرفی شدند.
کلید¬واژه¬ها: تنش برشی تسلیم، رودخانه لویر فرانسه، ویژگی‌های سیال و رسوب، تحلیل حساسیت فرسایش، مدل عددی Mike، شبکه عصبی MLP.

شبیه¬سازی عددی اثر زاویه دریچه کشویی بر جریان و اندرکنش آن با بستر فرسایش¬پذیر پایین¬دست

2023-02-01 08:19:43

پایداری سازههای هیدرولیکی یکی از مسائل مهمی است که همواره مورد توجه محققین میباشد. تغییرات بستر ناشی از جریان عبوری اطراف سازههای هیدرولیکی یکی از عوامل تأثیرگذار بر این پایداری است. در مطالعه حاضر آبشستگی و رسوبگذاری در پاییندست دریچه کشویی با زوایای مختلف (30، 45، 60 و 75 درجه) با استفاده از مدل عددی Flow-3D مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. نتایج این مدلسازی نشان داد که مدل عددی Flow-3D علاوه بر پیشبینی مقادیر حدی عمق و ارتفاع رسوبگذاری با شاخص آماری 9/0 R²=، در شبیهسازی شکل این تغییرات نیز نتایج قابل قبولی را ارائه میدهد. تغییرات بستر نشان داد که با افزایش زاویه تا 45 درجه عمق آبشستگی تا 4/3 برابر ضخامت جت جریان افزایش یافته، در حالی که برای زاویه 60 درجه با 8/2 برابر بازشدگی دریچه، حداقل مقدار را داراست. فاصله مقادیر حدی آبشستگی و رسوبگذاری برای زاویه 60 درجه در حدود 12 برابر ضخامت جت جریان و همچنین عرض و طول گردابه تشکیل شده در پاییندست دریچه به ترتیب برابر با بزرگای عمق جریان و 16 الی 17 برابر ضخامت جت جریان است. چرخش این گردابه در ناحیه بین خط جدایی جریان و دریچه، با سرعتی در حدود 10 درصد سرعت جت جریان به صورت پادساعتگرد محدود است. لذا دریچه 60 درجه با در نظر گرفتن عمق آبشستگی و ارتفاع رسوبگذاری، بهترین زاویه جهت طراحی است.

واژه‌های کلیدی: جت جریان، آبشستگی، رسوبگذاری، تغییرات زمانی آبشستگی، Flow-3D.

شبیه¬سازی برخورد گوه با سیال غیرنیوتنی هرشل -بالکلی-دیلاتانت به کمک روش حل عددی RANS

2023-02-01 08:18:02

در مسأله اندرکنش جسم صلب و سیال از روشها و تکنیکهای مختلفی برای شبیهسازی برخورد جسم متحرک به سیالها استفاده شده است. برخورد گوه با توجه به خصوصیات سیال دیلاتانت و تأثیر تغییر این خصوصیات بر شرایط حرکت گوه در تحقیق حاضر با استفاده از مدل عددی Flow-3D مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه نتایج تحلیل حاضر با نتایج مشاهداتی نشان داد که این مدل با خطای متوسط 5/0 درصد و 999/0=R² ، توانایی مناسبی در شبیهسازی این نوع سیال دارد. بررسی اثر تغییرات خصوصیات سیال بر حرکت گوه و توزیع سرعت و فشار در سیال نیز نشان داد که تغییر چگالی بیشترین تأثیر را در تغییر سرعت گوه دارد. به نحوی که با افزایش 8/2 برابری آن سرعت نفوذ گوه در حدود 16 درصد کاهش مییابد. همچنین مشخص شد که با کاهش فاصله برخورد بین دو گوه، سرعت نفوذ گوهها به داخل سیال تا 8 درصد کاهش مییابد.

بررسی عددی اثر جانمایی آبشکن بر آبگیری کانال جانبی دارای سرریز لبه تیز در قوس 180 درجه رودخانه

2023-02-01 08:16:05

همواره کنترل جریان در مجاری رودخانه و یا کانالها جهت آبگیری و یا در زمان سیلابی مورد توجه محققان بوده است. یکی از روشهای کنترل، استفاده از آبگیرجانبی به همراه سرریز و یا بدون سرریز میباشد. هرچه میزان آبگیری و یا آبگذری سرریز افزایش یابد، مدت زمان واکنش جهت کنترل کاهش خواهد یافت. در پژوهش حاضر، مشخصات جریان عبوری از آبگیر جانبی تحت اثر جانمایی مختلف آبشکن ساده در قوس 180 درجه و در 4 موقعیت مختلف با استفاده از مدل عددی Flow-3D مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، جهت صحتسنجی از یک مدل آزمایشگاهی معتبر استفاده شد. نتایج صحت‌سنجی، حاکی از دقت بالای مدل آشفتگی K-ɛ نسبت به سایر مدل‌های آشفتگی با ضریب همبستگی R²=0.979 میباشد. همچنین مقادیر عدد فرود و دبی جریان کانال اصلی برای مدل آشفتگی و شبکه مش بهینه با دقت بالا (ضریب همبستگی R²= 0.997 و R²= 0.990) حاصل شد. نتایج نشان داد که حضور آبشکن در هر صورت سبب افزایش آبگذری سرریز جانبی شده و بیشترین آن برای موقعیت P1 (آبشکن در محدوده میانی) در حدود 29 درصد خواهد بود. کمترین آبگیری برای حالات P4 (آبشکن در بالادست) حاصل شد، که برابر با رشد 10 درصدی بوده است. خطوط جریان و شرایط بردارهای برآیند سرعت نیز مورد بررسی و تحقیق واقع شد، که تأییدی بر نتایج حاصل برای جانماییهای مختلف است.

کلمات کلیدی: سرریز جانبی، آبشکن ساده، خطوط جریان، ضریب آبگذری، Flow-3D.

Using Combined Slots as a New Approach for Optimizing Erodible Bed Changes Around the Spur Dikes in Series

2023-02-01 08:14:26

The common spur dikes, which are used for river path control and bank protection, are utilized without any slots or with additional structures such as a collar or vane. The present research has been conducted to optimize the slot position in the spur dikes' body, reduce the scour depth, and improve the sedimentation conditions using the CFD model. The numerical result was compared with the Nayyer et al. (2019) experimental outcome. Results showed that the (L_S-W-Wi, T_S-W, T_S-W-Wi) combination contained the slots in the web and wing of the first and third spur dike, and the slot at the web of the middle spur dike was found as the best combination of slots under clear-water conditions. This combination was conducted to reduce the scour depth by 6.8% and increase deposition by 52% compared to the spur dikes without slots, which causes reducing scour depth and an increase in the sedimentation rate of materials between two consecutive spur dikes in series. Also, the maximum scours depth decreases by up to 20%. The results revealed that the presence of slots in spur dike and their different positions have complicated and considerable influences on the form and morphology of the bed.

Keywords: T-shaped spur dike, L-shaped spur dike, Mobile bed, Bed erosion, Numerical simulation, Simple spur dike.

بررسی آزمایشگاهی آبشستگی پیرامون آبشکن T شکل تحت تأثیر آبشکن¬های بالادست و پایین‌دست

2023-02-01 08:12:21

فرسایش و آبشستگی از مهم‌ترین مسائل نگران‌کننده در ارتباط با کناره‌های رودخانه و سواحل می‌باشد. استفاده از آبشکن‌ها، از جمله روش‌های نوین کنترل و کاهش فرسایش می‌باشد. آبشکن‌ها به اشکال مختلفی نظیر آبشکن ساده، L شکل و T شکل هستند. در این پژوهش آزمایشگاهی، تأثیر هندسه مختلف آبشکن‌های بالادست و پایین‌دست بر آبشستگی آبشکن T شکل میانی‌‌ برای سری آبشکن‌های ترکیبی مطالعه شده است و بهترین ترکیب جهت افزایش کارایی آبشکن‌ها مشخص گردیده است. آزمایش‌ها در شرایط آستانه حرکت بستر متحرک، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که متوسط عمق آبشستگی اطراف آبشکن T شکل میانی، حدود 8/0 برابر عمق جریان است. بهترین عملکرد آبشکن T شکل میانی زمان رخ می‌دهد که آبشکن بالادست L شکل و آبشکن پایین‌دست T شکل باشد (L T T). در واقع کمترین حجم و متوسط عمق آبشستگی با توجه به همه موقعیت‌ها نیز مربوط به همین ترکیب است. حجم فرسایش با استفاده از نرم‌افزار Surfer محاسبه شده است. متوسط حجم آبشستگی این ترکیب، 063/0 مترمکعب و متوسط عمق آبشستگی در حدود 21/1 برابر عمق جریان می‌باشد. در محل آبشکن اول تمام حجم فرسایش یافته در سمت موافق آبشکن‌ها است که با عبور از محدوده آبشکن‌ها، فرسایش به سمت مخالف هدایت می‌شود. آبشکن‌های ترکیبی پیشنهادی (L T T) پتانسیل بالایی جهت استفاده در رودخانه‌ها به منظور کاهش فرسایش بستر و دیواره‌ها را دارا می‌باشد.

کلید واژگان: آبشکن‌های سری، آبشکن T شکل میانی، ترکیب بهینه، عمق آبشستگی، مطالعه آزمایشگاهی.

مطالعه تأثیر هندسه آبشکن‌های بالادست و پایین‌دست بر عمق آبشستگی آبشکن T شکل میانی‌‌

2023-02-01 08:09:48

استفاده از آبشکن‌ها، از جمله روش‌های نوین کنترل و کاهش فرسایش رودخانه‌ها می‌باشد. هدف از این مطالعه آزمایشگاهی، بررسی تأثیر آبشکن‌های I و L شکل بالادست و پایین‌دست بر عمق آبشستگی آبشکن T شکل میانی‌‌، برای سری آبشکن‌های ترکیبی می‌باشد .نتایج نشان داد که متوسط عمق آبشستگی آبشکن T شکل میانی، حدود 66/0 برابر عمق جریان است. بهترین عملکرد آبشکن T شکل میانی زمانی رخ می‌دهد که آبشکن بالادست و پایین‌دست آن L شکل باشد که مقدار آن 58/0 برابر عمق جریان است. کمترین مقدار متوسط عمق آبشستگی با توجه به همه موقعیت‌ها، مربوط به سری آبشکن (L T L) می‌باشد. متوسط عمق آبشستگی برای این ترکیب در حدود 31/1 برابر عمق جریان است. بیشترین محدوده رسوبگذاری بین آبشکن دوم و سوم است. با توجه به موارد گفته‌شده بهترین ترکیب در آزمایش‌های انجام‌شده، سری آبشکن‌های (L T L) است که از لحاظ عمق آبشستگی بسیار مناسب عمل می‌کنند.

کلمات کلیدی: عمق آبشستگی، آبشکن‌ سری، آبشکن T شکل میانی، بررسی آزمایشگاهی.

بررسی آزمایشگاهی آبشستگی پیرامون ترکیب‌های مختلف آبشکن‌های سری نفوذناپذیر

2023-02-01 08:06:28

اصلاح مسیر رودخانه به‌منظور کنترل سیلاب، جلوگیری از فرسایش بستر، تثبیت و حفاظت دیواره‌ها و همچنین تنظیم عرض رودخانه از جمله اهدافی هستند که در استفاده از آبشکن در نظر گرفته می‌شود. آبشکن‌های متداول دارای شکل‌های هندسی ساده، L و T هستند. این پژوهش در راستای بهینه کردن ترکیب‌های مختلف آبشکن‌های سری در جهت کاهش آبشستگی انجام شده‌است. آبشکن‌های نفوذناپذیر با اشکال هندسی مختلف به‌صورت سری 3 تایی در ترکیب‌های متفاوت تحت شرایط U/Ucr=0.95 مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفتند. آبشکن اول در همه ترکیب‌ها T شکل بوده است. نتایج نشان داد برای آبشکن اول، در 10% زمان تعادل، بیش از 90% آبشستگی نهایی اتفاق می‌افتد. بهترین حالت از نظر متوسط عمق آبشستگی در هر سه موقعیت، ترکیب (T L T) است که در حدود 4/1 برابر عمق جریان فرسایش دارد. همچنین از دیدگاهی دیگر بهترین عملکرد در کل محدوده مورد حفاظت آبشکن‌ها با توجه به حجم فرسایش مربوط به ترکیب (T I I)می‌باشد که دارای حداقل حجم آبشستگی در حدود 70% بیشترین حجم فرسایش در ترکیب‌های دیگر است، لذا در طراحی باید بهترین حالت با در نظر گرفتن اهداف جهت بهره‌برداری بهینه استفاده شود.

واژه‌های کلیدی: آبشکن‌های سری ترکیبی، آبشکن T شکل، ترکیب بهینه، کاهش آبشستگی، مطالعه آزمایشگاهی.

مطالعۀ آزمایشگاهی تأثیر شکل‌های مختلف آبشکن بر تغییرات زمانی آبشستگی پیرامون آنها

2023-02-01 08:04:45

رودخانه پدیده‌¬ای است طبیعی و فعال که کناره‌ها و بستر آن همواره در حال تغییر و فرسایش است. همین امر سبب شده تا مسیر رودخانه طی زمان دستخوش تغییرات و تحولات اساسی شود. روش‌هایی گوناگون برای کاهش فرسایش کناری وجود دارد که یکی از آنها استفاده از آبشکن است. در این پژوهش آزمایشگاهی، تأثیر آبشکن‌‌های سری ساده، T شکل، و L شکل در کانال مستقیم بر تغییرات زمانی آبشستگی اطراف آنها بررسی، مقایسه، و تحلیل شد. نتایج به¬دست آمده نشان می دهد که آبشکن T شکل در 10 درصد اول مدت زمان آبشستگی به بیش از 90 درصد آبشستگی تعادلی می‌رسد. برای آبشکن ساده و L شکل در 15 درصد اول مدت زمان آبشستگی، این مقدار بیش از 80 درصد است. همچنین، بیشترین عمق آبشستگی در آبشکن ساده و L شکل دیده شده است، این مقدار در حدود سه برابر عمق جریان است. آبشکن T شکل در حدود y3/0 (y عمق جریان است) کمتر از سایر هندسه‌ها در جایگاه اول آبشستگی دارد. عمق حداکثر آبشستگی در همۀ هندسه‌ها کمی عقب‌تر از نوک دماغه ایجاد می‌شود. نتایج مقایسۀ عمق آبشستگی اطراف سه نوع آبشکن در مقاطع مختلف نشان می دهد که آبشستگی متوسط آبشکن T شکل نسبت به آبشستگی متوسط آبشکن ساده y4/0 و نسبت به آبشستگی متوسط آبشکن L شکل y25/0 کمتر است. سرانجام اینکه برای محاسبۀ تغییرات زمانی آبشستگی، با توجه به شکل هندسی آبشکن، رابطه‌ای پیشنهاد گردید. عمق آبشستگی حاصل از این آزمایش‌ها و رابطۀ پیشنهادی با رابطه¬های تخمینی دیگر محققان مقایسه شد. همچنین دیده شد که بیشترین فرسایش در ساحل مقابل آبشکن‌‌ها مربوط به آبشکن L شکل است.
واژه‌های کلیدی: آبشکن ساده، آبشکن T شکل، آبشکن L شکل، آبشکن‌های سری، عمق آبشستگی

مطالعه آزمایشگاهی آبشستگی پیرامون آبشکن ساده تحت تاثیر آبشکن‌های مجاور

2023-02-01 08:01:42

فرسایش کناره‌های رودخانهها و سواحل از مهم‌ترین دغدغه‌های مهندسین علم هیدرولیک است. استفاده از آبشکن‌ها، از جمله روش‌هایی است که به کنترل و کاهش فرسایش کمک می‌کند. آبشکن‌ها به صورت نفوذپذیر و نفوذناپذیر استفاده می‌شوند که آبشکن‌های I شکل (ساده)، L شکل و T شکل از جمله آبشکن‌های نفوذناپذیر هستند. در این پژوهش آزمایشگاهی، بهینه کردن میزان فرسایش آبشکن‌های سری 3 تایی با آبشکن ساده در موقعیت اول و استفاده از هندسه‌های مختلف در جایگاه دوم و سوم مطالعه شده است. همچنین بهترین ترکیب جهت بهینه شدن میزان فرسایش معرفی شده است. آزمایش‌ها در شرایط آستانه حرکت بستر متحرک، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که عمق آبشستگی متوسط آبشکن I شکل در موقعیت اول در حدود y7/2 (y: عمق جریان) است. بهترین و بهینه‌ترین عملکرد در بین تمام ترکیب‌ها، مربوط به ترکیب (I T L) است. این سری بهترین ترکیب برای حداقل کردن آبشستگی آبشکن با هندسه ساده (I) در جایگاه اول، عمق آبشستگی متوسط و حجم آبشستگی کل بستر فرسایش‌پذیر است. متوسط فرسایش در مقطع طولی میانی کانال برای این ترکیب در حدود y02/0 است، که نشان دهنده آن است که ترکیب (I T L) علاوه بر کناره، در میانه کانال نیز عملکرد مناسبی دارد.

واژه‌های کلیدی: آبشکن ساده، آبشکن‌های سری ترکیبی، ترکیب بهینه، عمق آبشستگی