فهرست مطالب

مجله هیدرولیک
سال چهارم شماره 3 (پاییز 1388)

  • تاریخ انتشار: 1388/08/19
  • تعداد عناوین: 5
|
  • آروین بهرامی، غلامعباس بارانی صفحه 1

    یکی از عوامل مهم در طراحی سرریز سدها، در نظر گرفتن ظرفیت تخلیه مناسب است. یکی از خطرهایی که در هنگام عبور سیلاب های شدید سرریز ها را تهدید می کند، امکان ایجاد فشار منفی بر روی سرریز و در نتیجه وقوع پدیده خلازایی (کاویتاسیون) است. یکی از بهترین روش های موجود برای جلوگیری از وقوع این پدیده، استفاده از هواده ها است. شناخت نحوه تغییرات غلظت هوا در طول تنداب، یکی از مشکلات اساسی در طراحی هواده ها است. هر چند استفاده از مدل های آزمایشگاهی در مطالعه فرایندهای هیدرولیکی از مزایای خاصی برخوردار است، اما این مدل ها هزینه بر و وقت گیر هستند. در این بررسی از مدل عددی FLOW-3D برای تعیین معادله تغییرات غلظت هوای لایه تحتانی جریان در حالتی که هوادهی با استفاده از دفلکتورها صورت گرفته، استفاده شده است. نتایج به دست آمده از این مدل با نتایج آزمایشگاهی کرامر مقایسه و تطابق خوبی مشاهده شده است. هم چنین نمودار تغییرات غلظت هوا، نشان دهنده روند کاهش نمایی غلظت هوا در طول تنداب است.

    کلیدواژگان: سرریز سد، خلا زایی، هوادهی جریان، نرم افزار FLOW، 3D، غلظت هوا
  • مریم شهبازی، جمال محمد ولی سامانی * صفحه 19

    مدتی پس از زمان بهره برداری سیستم های تحت فشار، مشخصات لوله ها به علت تغییر در زبری و در پی آن کاهش ظرفیت هیدرولیکی، تغییر کرده و مانع بهره برداری رضایت بخش و کارکرد مناسب شبکه می شود. تعمیر و واسنجی شبکه های موجود، امروز یکی از مسائل مهم در زمینه صنعت آب است. هدف در این تحقیق، تخمین ضرایب زبری در سیستم های تحت فشار یا به بیان دیگر، واسنجی زبری برای اهداف تعمیراتی است. به طور خلاصه، واسنجی خطوط لوله با دو هدف اصلی انجام می شود: 1- نشت یابی، 2- تعیین ظرفیت شبکه و توسعه خطوط لوله. از آنجا که به علت مدفون بودن لوله های شبکه های آبرسانی، تعیین ضرایب زبری به صورت مستقیم و با اندازه گیری گسترده فشار و جریان و سپس تحلیل آنها به کمک مدل های شبیه سازی هیدرولیکی امکان پذیر نیست، در تحقیق حاضر، روشی با استفاده از بهینه سازی الگوریتم ژنتیک و مدل سازی معکوس هیدرولیک جریان ماندگار در خطوط لوله ارائه خواهد شد. در شرایط آزمایشی مشخص، مقادیر فشار در تعدادی از نقاط شاهد، در چند ساعت از شبانه روز اندازه گیری می شوند. سپس نوعی تابع هدف با معیار کمینه سازی مربع اختلاف مقادیر فشار اندازه گیری شده و محاسباتی در نقاط شاهد تعریف شده و با استفاده از بهینه سازی ژنتیکی پارامترهای مجهول ضرایب زبری به صورت معکوس تخمین زده می شوند. کاربرد این روش و توانمندی آن با استفاده از یک مثال نشان داده خواهد شد.

    کلیدواژگان: شبکه های تحت فشار، واسنجی ضرایب زبری، بهینه یابی، الگوریتم ژنتیک، مساله معکوس
  • معصومه رستم آبادی، سیدعلی اکبر صالحی نیشابوری*، حسین منتصری صفحه 37

    صفحات مستغرق سازه هایی هستند که در کف رودخانه با زاویه ای نسبت به جریان اصلی نصب شده و موجب ایجاد جریان ثانویه می شوند. صفحه ها برای انتقال رسوبها از مقابل دهانه آبگیر به کار می رود. پارامترهای هندسی صفحات بر الگوی جریان در اطراف آنها موثر است. حل عددی معادلات ناویر استوکس با استفاده از نرم افزار فلوئنت برای جریان آشفته اطراف صفحات مستغرق در مقابل دهانه آبگیر در قوس 180 به منظور تعیین زاویه بهینه برخورد جریان با صفحات، ارتفاع بهینه آنها و محل نصب آخرین صفحه، هدف اصلی این مقاله است. نتایج مدلسازی با مشاهدات آزمایشگاهی صحت سنجی شده است. نتایج مدل سازی نشان می دهد که زاویه برخورد جریان با صفحات مستغرق برابر 20، نسبت ارتفاع صفحه به عمق جریان برابر 36/0 و وجود آخرین صفحه مستغرق در مقابل لبه پایین دست آبگیر، عملکرد بهتری را برای انحراف جریانهای پر رسوب نزدیک کف از مقابل دهانه آبگیر نتیجه می دهد.

    کلیدواژگان: صفحات مستغرق، قوس 180، آبگیر، زاویه بهینه، ارتفاع بهینه
  • لیلا جلیلی، مهدی یاسی * صفحه 53

    به کارگیری مدل های ریاضی در مهندسی رودخانه اجتناب ناپذیر است. هدف اصلی تحقیق حاضر، مقایسه ویژگی های جریان در دو گزینه ساماندهی یک بازه رودخانه ای (سری آبشکن ها و دیوارهای ساحلی)، با استفاده از نتایج اندازه گیری در مدل فیزیکی و نتایج شبیه سازی شده با سه مدل ریاضی است. برای این منظور، مدل فیزیکی بستر ثابت بازه ای از رودخانه نازلو در محدوده پل نازلو در ارومیه (به طول 1200 متر با مقیاس افقی 1:100 و قائم 1:20)، ساخته و واسنجی و ارزیابی شده و ویژگی های جریان پایدار در مدل فیزیکی پس از اعمال دو گزینه ساماندهی، برای چهار جریان سیلابی اندازه گیری و تحلیل شد. سه مدل ریاضی شناخته شده رودخانه ای (مدل یک بعدی HEC-RAS، شبه دوبعدی BRI-STARS و دوبعدی سطح افق FAST-2D) برای شبیه سازی جریان و مقایسه پارامترهای مشترک مد نظر قرار گرفت. بر اساس نتایج، مدل FAST-2D در گزینه ساماندهی با سری آبشکن ها، و مدل HEC-RAS در گزینه دیوار های ساحلی، تطابق بهتری با نتایج مدل فیزیکی داشته است. کارایی مدل ریاضی BRI-STARS در درجه سوم قرار داشته است در این بررسی، پارامترهای مشترک جریان از چهار مدل مقایسه شده و خطای برآورد هر یک از سه مدل ریاضی ارائه شده است.

    کلیدواژگان: مدل HEC، RAS، مدل BRI، STARS، مدل FAST، 2D، رودخانه نازلو، آبشکن، دیوار ساحلی
  • مسعود تابش*، مهدی جاماسب، رامتین معینی صفحه 69

    در سالهای اخیر، استفاده از مدل های کامپیوتری به منظور شبیه سازی هیدرولیکی جریان در شبکه های توزیع آب گسترش قابل توجهی یافته است. این شبکه ها نقش موثری را در ارزیابی و مدیریت آب شهری و تصمیمات مرتبط با مدیریت و بهره برداری بهینه سیستم ایفا می کنند. اما به منظور اصلاح عملکرد مدل و کاهش اثر عدم قطعیت اطلاعات ورودی بر آن برای شرایط مختلف مصرف در شبکه، کالیبره سازی ضروری است. برخی از نرم افزارهای موجود توانایی کالیبره سازی را دارند، اما دستیابی به آنها مستلزم هزینه زیادی است. از طرف دیگر، مدل قابل دسترس EPANET که استفاده و اعتبار زیادی در زمینه تحلیل هیدرولیکی شبکه های آب دارد، قابلیت کالیبره سازی را ندارد. در این تحقیق، با معرفی نوعی مساله بهینه سازی برای کالیبره سازی مدل EPANET، نوعی مدل الگوریتم ژنتیک تهیه و با مدل مذکور ادغام شده است. در این فرایند، زبری لوله های شبکه (ضرایب هیزن- ویلیامز)، مصارف گرهی و قطر لوله ها به عنوان متغیرهای تصمیم مساله بهینه سازی در نظر گرفته شده است. همچنین برای ارزیابی روش ارائه شده، شبکه نمونه در شرایط مختلف مصرف، تحلیل شده و نتایج به دست آمده مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که ترکیب متغیرهای مصارف گرهی و زبری لوله ها، نتایج دقیقتری را حاصل می کند. همچنین نتایج حاصل از شرایط مصرف آتش نشانی و مصرف حداکثر، بسیار دقیقتر از نتایج شرایط مصرف نرمال یا مصرف حداقل است.

    کلیدواژگان: کالیبره سازی، مدل تحلیل هیدرولیکی، شبکه های توزیع آب، EPANET، الگوریتم ژنتیک
|
  • A. Bahrami, G. A. Barani Page 1

    One of the most important factors in designing spillways is to consider sufficient discharge capacity. Possible creation of negative pressure over spillway during high flood conditions can be a potential for occurrence of cavitation damage. Flow aeration might be one of the best ways to prevent this phenomenon. Realizing the air detrainment process along the chutes is a key problem in designing aerators. Although experiments on hydraulic models have their own advantages, but these methods are expensive and time consuming. In this study the CFD code FLOW-3D® has been used to determine the spillway flow air concentration in case of aeration by means of deflectors. Comparison of obtained results with the Kramer's experimental results shows good agreement. It has been realized that the flow bottom air concentration downstream of deflectors reduces exponentially.

  • J. M. V. Samani, M. Shahbazi * Page 19

    An integrated approach for determining the existent friction coefficients in water networks is proposed. As pressurized systems age, the carrying capacity of network decreases because the internal roughness increases with the aging of pipes. This can lead to loss of satisfactory performance and uneconomic operation. Therefore, rehabilitation of an existing network becomes very important problem in water industry. Determining the real physical characteristics of pipes for network analysis is a regular component of the rehabilitation process. Pipe friction coefficients cannot be determined explicitly by direct measurement, they are determined implicitly, as an inverse problem, from measured model outputs (pressures). Values of friction coefficients are determined in a way that they should yield a reasonable match between measured and predicated pressures in the network. One problem associated with the Re-calibration of real-life pipe networks is the lack of field measurements, which can sometimes, lead to the formulation of an ill-posed inverse problem. In this study certain methods have been utilized to tackle this problem. The hydraulic analysis of steady and quasi-steady flow and optimization process are combined to develop a program. By selecting a proper optimization method (Genetic Algorithm) the inverse model was developed and verified successfully in a case study.

  • M. Rostamabadi, S.A.A. Salehi Neyshabouri *, H. Montaseri Page 37

    Submerged vanes are plane structures placed on river bed with an angle to the approach flow which cause secondary flow. They are used to reduce sediment entrainment to water intakes structures. The vane’s geometric parameters affect the flow pattern around the vanes. Numerical solution of the three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations for turbulent flows around submerged vanes placed in front of the intake in curved channel with 180° bend using the Fluent software in order to identify the optimum vane’s angle and height and the last vane position is the aim of this paper. The results of numerical model are compared with available experimental data. Investigations show that the optimum angle of attack for the first vane is 20° to approach flow and the optimum ratio of the vane height to the flow depth is 36%. Also the last vane position just off the downstream corner of the intake is recommended.

  • L. Jalili, M. Yasi * Page 53

    Application of numerical models in river engineering projects is unavoidable. However, the reliability of model, minimum requirement for field data, and fewer computational processes are of major concern. The main purpose of the present study was to test the reliability of some well-known numerical models in the simulation of flow characteristics in different river planforms. Comparison were made between the flow characteristics in a river physical model and the simulation results from three numerical models, under two different river training schemes, with identical initial and boundary conditions. In this study, a reach of the Nazloo River in Urmia, Iran, was selected. A fixed-bed physical model of the River Reach (1200 m long, with horizontal scale of 1:100 and vertical scale of 1:20, and with the Nazloo cross bridge included within the reach) was constructed, calibrated and verified. Two training schemes were planned, using longitudinal and transversal structures, i.e, levees and groynes. Flow parameters (such as,: depth and point velocity) were measured for four different flows. Three river models: 1D model HEC-RAS, Quasi-2D model BRI-STARS, and 2D model FAST-2D were selected. Six flow parameters (i.e. river flow capacity, water surface elevation, mean flow depth, mean velocity, mean bed shear stress and Froude number) were compared between the physical model and the three numerical models. Four different flow conditions were examined, and the results were compared in three sub-reaches along the river reach (from downstream to upstream of the bridge).The averaged predictive errors from these three models were determined for corresponding flow parameters. The HEC-RAS, FAST-2D, and BRI-STARS models are considered to be the best fitted models with the true physical model, respectively. Simulation results from the HEC-RAS model are well adapted to the river flows confined between the two-sided levees, where the geometry of the river reach is more uniformly defined, and in minor flood flows. The prediction from the FAST-2D model is superior along the river reach with groynes involved, particularly in higher flow levels. The application of each of the three models is recommended in river projects subject to the inclusion of the order of certainties provided by the present study.

  • M. Tabesh*, M. Jamasb, R. Moeini Page 69

    In recent years, hydraulic models are widely used to simulate hydraulic performance of water distribution systems. They play a significant role in evaluation and operational management of these systems. Calibration is necessary for improvement of model function and reduction of the uncertainties during different consumption scenarios in the system. At the moment just a few commercial models are capable of calibration calculation besides the hydraulic performance evaluation. However, the popular and freely available model, EPANET can not be calibrated. In this paper, an optimization procedure is proposed using Genetic Algorithm (GA) for calibration of the hydraulic simulator. For this problem, the pipe roughness (Hazen Williams) coefficients, nodal demands and pipe diameters are considered as decision variables of the optimization problem. The procedure is implemented for four different consumption scenarios: normal, minimum, maximum and fire flow. Finally, to evaluate the proposed methodology, a test network at different consumption scenarios is calibrated and the results are compared. Comparison of the results shows that the best result with minimum error has been obtained when the fire consumption with considering both variables of Hazen-William coefficient and nodal demand was selected.