ارزیابی اثرات هندسه سرریز پلکانی در میزان استهلاک انرژی جریان عبوری با استفاده از سیستم استنتاج فازی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

از مشخصه­های بارز در عملکرد سرریز پلکانی، قابل ملاحظه بودن استهلاک انرژی در طول آن در مقایسه با انواع سرریزهای دیگر می­باشد. با توجه به این ویژگی، کوشش جهت کسب دیدگاهی دقیق­تر در ارتباط با پارامتر استهلاک انرژی و نهایتاً افزایش مقدار آن، محور اکثر تحقیقات مربوط به این نوع از سرریزها بوده است. در این مطالعه جهت ارزیابی تأثیر پارامتر­هایی چون عمق بحرانی (yc)، تعداد پله­ها (N) و شیب کف پله­ها (a)، با ثابت در نظر گرفتن نسبت طول و ارتفاع کلی سرریز، از مدل نرم­افزار Flow-3D به عنوان یک نرم­افزار قوی در تحلیل میدان جریان، استفاده گردیده است. به منظور صحت­سنجی عملکرد مدل عددی مربوطه در تخمین پارامتر استهلاک انرژی نیز یک مدل فیزیکی سرریز پلکانی در یک کانال جریان آزمایشگاهی مورد آزمایش قرار گرفته و با استفاده از سیستم پردازش تصویر، تغییرات پروفیل سطح جریان ارزیابی شده است. نتایج حاصل نشان می­دهند که با افزایش مقدار دبی، میزان استهلاک انرژی کمتری حاصل می­شود. تعداد پلکان و شیب معکوس روی پله­ها نیز از جمله عوامل دیگری هستند که بر میزان استهلاک انرژی تأثیر می­گذارند. با افزایش تعداد پلکان و شیب معکوس روی هر پله، استهلاک انرژی بیشتر می­شود. به طوری که در مدل 4 پله­ای و با شیب ثابت 4 درجه، تغییرات دبی از 03/0 به 08/0 متر مکعب بر ثانیه، باعث کاهش میزان استهلاک انرژی به اندازه 5/1% گشته در حالی که در دبی ثابت 03/0 متر مکعب بر ثانیه، تغییر حالت پله از شیب صفر به شیب 4 درجه موجب افزایش استهلاک انرژی به میزان 9/0% گردیده است. نهایتاً، نظر به اهمیت روز افزون محاسبات نرم در مطالعه مسائل عملی، به ارزیابی پارامتر استهلاک انرژی روی سرریز پلکانی با استفاده از سیستم استنتاج فازی پرداخته و اقدام به تهیه یک مدل سیستم استنتاج فازی بر اساس شرایط موجود شده است. مشاهده می­گردد که نتایج حاصل از سیستم استنتاج فازی با مقادیر پیش­بینی شده توسط مدل­سازی عددی و داده­های آزمایشگاهی دارای تطابق مناسبی است. ارزیابی نتایج حاصله، دلالت بر کارآئی مفهوم سیستم استنتاج فازی در محاسبه پارامتر استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Effects of the Geometry on Rate of Energy Dissipation of the Flow over the Stepped Spillway using Fuzzy Inference Systems

نویسندگان [English]

  • Nasim Sori
  • Alireza Mojtahedi
Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stepped spillway
  • Energy dissipation
  • Fuzzy inference systems
  • Physical model
  • Computational fluid dynamics
[1] Chanson, H., "Hydraulic Design of Stepped Cascades, Channels, Weirs and Spillways", 1995.
[2]    Chanson, H., "The Hydraulics of Stepped Chutes and Spillways", Library of Congress Cataloging-in-publication Data, The Netherlands, 2001.
[3]    ASCE, "Aerated Flow in Open Channels", Journal of Hydraulic Engineering, 1961, 87 (3), 73-82.
[4]    Rajaratnam, N., "Skimming Flow in Stepped Spillways", Journal of Hydraulic Engineering, 1990, 116 (4), 587-591.
[5]    Chanson, H., "The Hydraulics of Spillways", Balkema, Lisse, Netherlands, 2001.
[6]    Chanson, H., "State of the Art of the Hydraulic Design of Stepped Chute Spillways", Hydropower and Dams Journal, 1994, 33-42.
[7] Yasuda, Y., Takahashi, M., Ohtsu, I., "Energy Dissipation of Skimming Flows Onstepped-Channel Chutes", the 29th International Association of Hydraulic Research Congress, Beijing, China, 2001.
[8]    Chinnarasri, C., "Assessing the Flow Resistance of Skimming Flow on The Step Faces of Stepped Spillways", Dam Engineering, 2002.
[9]    Mondardo, J. M., Fabiani, A. L., "Comparison of Energy Dissipation between Nappe And Skimming Flow Regimes On Stepped Chutes", Journal of Hydraulic Research, 1995, 33 (1), 119-122.
[10] Boes, R. M., Minor, H. E., "Guidelines for the Hydraulic Design of Stepped Spillways Ibid", Swets & Zeitlinger, 2000, 163-170.
[11] سلماسی، ف.، "اثر تعداد پله­ها بر استهلاک انرژی در سرریزهای پله­ای بر اساس روش جدید طراحی"، مجله دانش آب و خاک، ١٣٨٨، ١٩ (١)، 38-27.
[12] Chinnarasri, C., Wongwises, S., "Flow Patterns and Energy Dissipation over Various Stepped Chutes", Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2006. 132 (1), 70-76.
[13] محمودی، م.، رستمی­راوری، ا.، "بررسی اثر نصف کردن ابعاد پله­ها در سه حالت نسبت 3/1، بر میزان افت کارمایه در سرریز­های پلکانی"، مجله مهندسی منابع آب، 1391، 5.
[14] شجاع، ف.، سلماسی، ف.، فرسادی­زاده، د.، ناظمی، ا.، اشرف صدرالدینی، ع.، "طراحی بهینه سرریزهای پلکانی جهت حداکثرسازی استهلاک انرژی با استفاده از الگوریتم ژنتیک"، نشریه دانش آب و خاک، 1391، 22 (4)، 83-69.
[15] Dermawan, V., Legono, D., "Residual Energy and Relative Energy Loss on Stepped Spillway", Journal of Applied Technology in Environmental Sanitation, 2011, 1 (4), 381-392.
[16] Abbasi, S., Kamanbedast, A. A., "Investigation of Effect of Changes in Dimension and Hydraulic of Stepped Spillways for Maximization Energy Dissipation", World Applied Sciences Journal, 2012, 18 (2), 261-267.
[17] Roushangar, K., Akhgar, S., Salmasi, F., Shiri, J., "Modeling Energy Dissipation over Stepped Spillways Using Machine Learning Approaches", Journal of Hydrology, 2014, (508), 254-265.
[18] منصوری، ع.، حامدی، ا.، سوری، ص.، "بررسی آزمایشگاهی استهلاک انرژی در رژیم جریان تیغه­ای در سریز پلکانی مجهز به پله­های شیب­دار و آستانه­دار"، دوازدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشگاه تهران، 1392.
[19] شفیعی­فر، م.، عطائی آشتیانی، ب.، "بررسی جریان چگالی ناپایدار در محیط متخلخل با استفاده از روش پردازش تصاویر"، نهمین کنفرانس دینامیک شاره­ها، دانشگاه شیراز، بخش مهندسی مکانیک، 1383.
[20] Chanson, H., "Characteristics of Skimming Flow over Stepped Spillways", Journal of Hydraulic Engineering, 2000, 126 (11), 862-865.
[21] صداقت­نژاد، س.، "بررسی استهلاک انرژی در سرریزهای پلکانی با آستانه انتهایی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده عمران، 2009.
[22] قاسم­زاده، ف.، "شبیه­سازی مسائل هیدرولیکی در Flow-"3D، نشر نوآور، 1392.
[23] Flow-3D User Manualو Excellence in Flow Modeling Software, v 9.3, Flow Science, Inc., Santa Fe, 2008.
[24] Dill, R., Borba, J., Murcia, F., "Organization’s Profitability Analysis, A Fuzzy Logic Approach", Encamped Congress, 2004.
[25] Tucha, T., Brem, M., "Fuzzy Transfer Pricing World: On the Analysis of Transfer Pricing with Fuzzy Logic Techniques", Indian Institute of Management, Ahmadabab, India, 2005.