فهرست مطالب

دریا فنون - سال سوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار و تابستان 1395)

فصلنامه دریا فنون
سال سوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار و تابستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/06/25
  • تعداد عناوین: 10
|
  • سید محمدرضا موسوی*، محمد خویشه، آلاوه مریدی، محمدجعفر ناصری صفحات 1-13
    با توجه به خصوصیات فیزیکی بسیار نزدیک اهداف واقعی و کلاتر سونار فعال، تفکیک این اهداف، از موضوعات چالش برانگیز محققان و صنعت گران حوزه آکوستیک می باشد. شبکه های عصبی چندلایه (MLP) یکی از پرکاربردترین شبکه های عصبی در دسته بندی اهداف دنیای واقعی هستند. آموزش از مهمترین بخش های توسعه این نوع شبکه ها است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به منظور آموزش شبکه های MLP از دیر باز استفاده از روش های بازگشتی و گرادیان نزولی مرسوم بوده است. دقت دسته بندی نامناسب، گیر افتادن در کمینه های محلی و سرعت همگرایی پایین از معایب روش های سنتی می باشد. به منظور غلبه بر این معایب، در سال های اخیر استفاده از الگوریتم های ابتکاری و فرا ابتکاری بسیار مرسوم گردیده است. این مقاله برای آموزش شبکه MLP از الگوریتم بهینه سازی ترکیبی ازدحام ذرات و جستجوی گرانشی ((PSOGSA استفاده می کند. الگوریتم جستجوی گرانشی (GSA) یک روش بهینه سازی فرا ابتکاری جدید بر اساس فعل و انفعالات گرانش و جرم می باشد. ثابت شده است که این الگوریتم توانایی خوبی برای جستجوی کلی دارد، اما در آخرین تکرارها دارای سرعت پایین در بهره برداری فضای جستجو می باشد. با توجه به توانایی منحصربه فرد بهینه ساز ازدحام ذرات (PSO) در فاز بهره برداری، از این روش برای حل مشکل فوق استفاده می شود. نتایج به دست آمده نشان می دهد که دسته بندی کننده های مبتنی بر GSA، PSO و PSOGSA دادگان سونار را به ترتیب با دقت 7500/92، 6741/93 و 42308/94 دسته بندی می نمایند. همچنین سرعت همگرایی الگوریتم ترکیبی نسبت به دو الگوریتم معیار ذکر شده بهتر می باشد.
    کلیدواژگان: دسته بندی، سونار، کلاتر، بهینه ساز ازدحام ذرات، الگوریتم جستجوی گرانشی
  • سمیه نفر*، احیا یاوری صفحات 14-22
    الگوریتم گرادیان نزولی در موقعیت یابی به عنوان یک روش تکرار شونده و بر اساس TDOA مورد استفاده قرار می گیرد. این الگوریتم در مختصات کارتزینی طراحی شده است. با توجه به اینکه مختصات منابع عمدتا به صورت طول و عرض جغرافیایی است، تبدیل آن، به مختصات کارتزینی با خطا همراه است. از طرفی این الگوریتم در مختصات WGS84، نیازمند تکرارهای متوالی برای رسیدن به جواب مطلوب است. در این مقاله، ضمن اینکه الگوریتم گرادیان نزولی در مختصات WGS84 طراحی شده است، عملکرد این الگوریتم از لحاظ میزان خطا و نیز تعداد تکرارهای مورد نیاز برای دستیابی به دقت مورد نظر، در مختصات کارتزین و در مختصات WGS84 با یکدیگر مقایسه می شود. در ادامه با ترکیب این دو دستگاه مختصات، روشی برای کاهش تکرارها و کاهش زمان اتلافی برای این الگوریتم پیشنهاد می شود. سپس میزان خطای متوسط ریشه مربعی در همه این روش ها با یکدیگر مقایسه می شود.
    کلیدواژگان: موقعیت یابی، گرادیان، WGS84، TDOA
  • عباس زارع نژاد اشکذری، علیرضا حسین نژاد*، سعید فراهت صفحات 22-35
    پارامترهای سیستم پاشش سوخت، نقش بسزایی را در فرآیند احتراق و در نتیجه مصرف سوخت و آلاینده های خروجی دارند. به همین دلیل در این مطالعه، بطور جامع با اعمال تغییرات در شاخصه های مختلف سیستم پاشش سوخت نظیز زمان شروع و بازه تزریق سوخت، هندسه نازل، تعداد و قطر سوراخ نازل و همچنین زاویه و فشار پاشش سوخت، به بررسی بهینه عملکرد و آلاینده ها در یک موتور دیزلی تزریق مستقیم پرداخته شده و در نهایت بهینه ترین حالت ممکن از دیدگاه کاهش آلاینده ها و همچنین کاهش مصرف سوخت، بیان شده است. برای ارزیابی نتایج حاصل از شبیه سازی، مقدار بیشینه فشار تجربی و زاویه رخداد آن با مقدار حاصل از حل عددی مقایسه شده است. در کنار این پارامتر، مقادیر تجربی آلاینده های NOx و soot و همچنین مصرف سوخت ویژه ترمزی، با مقادیر تئوری مقایسه شده است. این مقایسه ها نشان می دهند که تطابق خوبی بین نتایج حاصل از حل عددی و نتایج تجربی وجود دارد.
    کلیدواژگان: تزریق سوخت، آلایندگی، مصرف سوخت
  • احمد حاجیوند*، مهدی حسنی، مهدی بابایی، محسن صادقیان صفحات 36-46
    ضرایب هیدرودینامیکی یک ربات زیرآبی با شبیه سازی آزمایش های مانور در محیط دینامیک سیالات محاسباتی به دست آمده اند. شبیه سازی ها برای ربات زیرآبی با نسبت طول به قطرهای مختلف با استفاده از نرم افزار قدرتمند STAR-CCM+ انجام شده است. همچنین تاثیر اضافه نمودن هیدروپلن بر مانور پذیری ربات زیرآبی مورد بررسی قرار گرفته است. نیروها و ممان هیدرودینامیکی برای زوایای حمله مختلف محاسبه و با استفاده از برازش منحنی مناسب بر نتایج، ضرایب هیدرودینامیکی خطی و غیرخطی محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش نسبت طول به قطر ضرایب هیدرودینامیکی افزایش پیدا می کند. مقایسه نتایج با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که محاسبات از دقت کافی برخوردار است.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، ضرایب هیدرودینامیکی خطی، ضرایب هیدرودینامیکی غیرخطی، نیروی عرضی
  • مریم عرب عامری*، مهدیار برفه یی صفحات 47-53
    معادلات ناویر- استوکس به طور گسترده در زمینه های مختلف علوم مانند مدل سازی جریان های اقیانوسی، جریان جاری در یک لوله، جریان های اطراف یک بال و به طور کلی در دینامیک سیالات کاربرد دارند. در این مقاله روش بدون شبکه توابع پایه شعاعی برای حل این معادلات به کار گرفته خواهد شد به این ترتیب که ابتدا ایده منظم سازی برای تبدیل معادله مورد نظر به دستگاه معادلات دیفرانسیل معمولی مورد استفاده قرار می گیرد ، سپس روش توابع پایه شعاعی برای حل دستگاه به وجود آمده بکار گرفته می شود. در انتها نیز نتایج عددی ارائه خواهد شد که نشانگر دقت قابل قبول روش معرفی شده است.
    کلیدواژگان: معادلات ناویر، استوکس، روش های توابع پایه شعاعی، روش منظم سازی دنباله ای، روش های بدون شبکه
  • سجاد اردشیری*، سید حسین موسوی زادگان، سعید خردمند، فرزاد اسکندری، احمد کمالی صفحات 54-66
    محاسبات مقاومت و توان برای طراحی انواع شناورها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این محاسبات برای شناورهای زیرسطحی با توجه به محدودیت های آرشیتکتوری و چیدمانی از اهمیت بیشتری برخوردار است. در این مقاله محاسبات توان یک نمونه AUV بررسی شده است. ابتدا فرمول های تجربی برای محاسبات توان شناورهای زیرسطحی ارائه شده است. سپس با روش CFD ، شبیه سازی عددی جریان اطراف AUV به همراه پروانه آن انجام شده است تا با در نظر گرفتن نیروهای برهمکنش هیدرودینامیکی بین بدنه و پروانه، مقاومت و توان مورد نیاز شناور مورد بررسی قرار گیرد. تست میدانی و کار آزمایشگاهی جهت محاسبات توان و راندمان شناور مورد نظر انجام شده و تحلیل نتایج تست میدانی شناور وکارآزمایشگاهی ارائه شده است. در پایان توان محاسبه شده از روش های تجربی و روش CFD با روش تست میدانی اعتبار سنجی شده است و میزان خطای هرکدام از این روش ها ارائه شده است.
    کلیدواژگان: رانش، شناور زیرسطحی، CFD، تست میدانی
  • محمد جواد کتابداری*، کیومرث محمودی صفحات 66-78
    استخراج مشخصات دریا معمولا از طریق بویه های موج نگار انجام می شود. اما ثبت داده توسط موج نگارها معمولا با خطاهایی همراه است. لذا قبل از استخراج هرگونه اطلاعاتی لازم است این خطاها را شناخت و آنها را حذف و یا تصحیح کرد. هدف از این تحقیق، شناسایی خطاهای موجود در برداشت داده-های خام از بویه های موج نگار، با استفاده از روش ضریب داده پرت محلی (LOF) است. LOF روشی قدرتمند جهت شناسایی ناهنجاری داده ها در یادگیری ماشین است، که در بسیاری از کاربردهای عملی از آن استفاده می شود. در این مقاله داده های روزانه بویه موج نگار سازمان بنادر و دریانوردی که در آب های خلیج فارس در منطقه عسلویه استان بوشهر به آب انداخته شده است در بازه 17/2/92 تا 1/5/92 مورد تحلیل خطا به این روش قرار گرفت. نتایج نشان می-دهد LOF روشی کارآمد برای شناسایی خطاهای موجود در داده های موج نگار است.
    کلیدواژگان: موج نگار، داده موج، خلیج فارس، شناسایی خطا، روش ضریب داده پرت محلی (LOF)
  • بهروز آقایی، مسعود ترابی آزاد، مسلم اکبری وکیل آبادی*، شهروزخان معصومی ورکی صفحات 79-88
    وقوع پدیده ی آبشستگی در اطراف سازه های هیدرولیکی، یکی از اصلی ترین عوامل تخریب این سازه ها بوده و هر ساله باعث اعمال خسارات فراوان مالی در جهان می شود. وجود سازه اسکله در مقابل دهانه ورودی بندرگاه به علت ورود بخشی از امواج دریا به داخل بندرگاه و موج ایجاد شده ناشی ازعبور کشتی ها، باعث بوجود آمدن جریانات سه بعدی پیچیده در اطراف پایه های اسکله شده و تحت تاثیر این جریانات نرخ فرسایش و رسوب گذاری بستر تغییر یافته و باعث آبشستگی موضعی می گردد. در مدلسازی های عددی که تا به حال انجام شده است میزان آبشستگی به صورت تابعی از پارامترهای جریان شامل سرعت جریان، عمق و پارامترهای هندسی مانند قطر پایه و دانه بندی بدست می آید. در این مقاله علاوه بر بررسی پارامترهای قبلی تاثیر میزان چرخش در فرایند آبشستگی بستر در اطراف پایه های اسکله برآورد گردیده و به طریق مناسب اعمال شده است. با توجه به وجود جریان های سه بعدی اطراف سازه های هیدرولیکی نظیر جریان های پایین رونده جلوی پایه و به منظور در نظر گرفتن نقش آنها در آبشستگی موضعی، در این مقاله از یک مدل سه بعدی کامل موجود جهت شبیه سازی هیدرولیکی جریان اطراف سازه ها بهره گرفته شده است. برای در نظر گرفتن مرزهای واقعی در پایه های اسکله، مش بندی مورد استفاده به صورت ساختدار و منحنی الخط بر مرزها در امتداد افق و قائم می باشد. در عمق نیز با توجه به تغییرات زمانی تراز آب و بستر، از سیستم مختصات سیگما برای مش بندی استفاده می شود.
    کلیدواژگان: آبشستگی موضعی، سازه هیدرولیکی، اثر چرخش، مدل عددی
  • محمدرضا دری *، کورش حجازی صفحات 89-100
    شبیه سازی عددی امواج غیرخطی در کاربردهای عملی از اهمیت خاصی برخوردار است. در این مقاله جزئیات توسعه ی یک مدل عددی دوبعدی در قائم که در آن از روش حجم سیال تکه ای خطی برای ضبط سطح آزاد استفاده شده، ارائه شده است. در این مدل معادلات میانگین گیری شده ی نویر- استوکس به روش حجم محدود گسسته شده و با کمک روش پروجکشن حل می شوند. برای مدل سازی اثرات آشفتگی جریان از مدل با در نظر گرفتن جملات شناوری استفاده شده است. برای صحت سنجی مدل ابتدا یک موج دامنه کوتاه ایستا در مخزن محدود شبیه سازی شده، سپس انتشار موج استوکس منظم، موج تنها و موج کوتاه غیرخطی شبیه سازی می شود. با مقایسه نتایج عددی با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی می توان دریافت که مدل موجود توانایی بالایی برای شبیه سازی امواج غیرخطی سطحی دارد. همچنین به وضوح می توان دید که روش حجم سیالی که برای ضبط سطح آب استفاده شده دارای دقت مناسبی است.
    کلیدواژگان: امواج غیرخطی، شبیه سازی عددی، روش پروجکشن، روش حجم محدود، روش حجم سیال
  • سیامک جمشیدی *، محمدرضا سهیلی فر صفحات 101-111
    این تحقیق براساس نتایج حاصل از تحلیل داده های اندازه گیری شده پارامترهای فیزیکی آب دریا ( نظیر دما و فشار) در منطقه فلات قاره جنوبی دریای خزر، محدوده آب های ساحلی مجاور بندر کیاشهر انجام شده است. عملیات داده برداری در یک گشت دریایی که به همین منظور در آب های مرز جنوبی دریای خزر برنامه ریزی شده بود، توسط دستگاه نیمرخ بردار پارامترهای فیزیکی و شیمیایی آب دریا CTD مدل (IDRONAUT، OCEAN SEVEN 316) در 13 ایستگاه اندازه گیری و با بیشینه عمق 90 متر انجام شد. داده های برداشت شده پس از کنترل کیفیت، توسط نرم افزارهای مطلب برای تحلیل و نتیجه گیری آماده شده است. نمودارهای ترسیم شده براساس داده های اندازه گیری شده به وضوح تشکیل لایه بندی بسیار قوی و سه لایه شامل لایه اختلاط سطحی ، شیب حرارتی و لایه آب عمیق را در آب های منطقه مورد مطالعه نشان می دهد. براساس نتایج تحقیق، تغییرات عمودی دما از سطح دریا تا نزدیکی بستر در عمق 90 متری بین 5/29-5/7 درجه سانتی گراد مشاهده شد. در لایه اختلاط سطحی که حدودا 10 متر ضخامت دارد، تغییرات درجه حرارت آب دریا بین 5/29-29 درجه سانتیگراد است. لایه دما شیب بسیار قوی و با ضخامت حدود 30 متر ( بین عمق های 10 تا 40 متر) و با اختلاف دمایی 20 درجه سانتی گراد در زیر لایه سطحی تشکیل شده است. نتایج این تحقیق نشان داد که لایه بندی ستون آب در مرز جنوبی دریای خزر فصلی است و در میانه فصل تابستان قوی ترین حالت لایه بندی را دارا است که می توان در تست، اندازه گیری و عملکرد ترانسدیوسرهای سونار این مساله را در منطقه جنوبی دریای خزر مد نظر قرار داد.
    کلیدواژگان: دریای خزر، درجه حرارت، لایه بندی حرارتی، لایه دما شیب، سونار
|
  • M. R. Mosavi *, M. Khishe, A. Moridi Pages 1-13
    Due to the very close physical properties of real targets and clutter of active sonar, the separation of these objectives is the latest challenge to researchers and industrialists of the acoustic field. Multi-Layer Perceptron (MLP) is one of the most widely used Neural Networks (NNs) for classification purposes in the real world. Training is an important part of these NNs and recently becomes attractive for many researchers. For training MLP NNs, the recurrent and gradient descent methods have always been used. Poor classification accuracy, trapped in local minimums and low convergence speed are the disadvantages of traditional methods. To overcome these disadvantages, in recent years the use of heuristic and meta-heuristic algorithms have become very common. This paper presents a hybrid optimization algorithm of Particle Swarm Optimization and Gravity Search Algorithm (PSOGSA) for training MLP networks. GSA, a new meta-heuristic optimization method, is based on the interaction of gravity and mass. It has been proven that this algorithm has good ability of global search, but it suffers from slow searching speed in the last iterations. This article uses PSOGSA according to the unique ability of PSO on the operational phase of the hybrid method to solve the above problems. The results show that the classification methods based on GSA, PSO and PSOGSA, classify sonar dataset with the accuracy of 92.7500, 93.6741 and 94.42308. The hybrid algorithm convergence speed is better than other two standard algorithms.
    Keywords: Classification, Sonar, Clutter, Particle Swarm Optimization, Gravitational Search Algorithm
  • Somayeh Nafar *, E. Yavari Pages 14-22
    In positioning, Gradient Steepest Decent algorithm is used as an iterative method and based on TDOA. This algorithm is designed in the Cartesian coordinates. Given that resources are mainly in the form of latitude and longitude coordinates, Its conversion to Cartesian coordinates is in error. On the other hand, this algorithm requires much number of iterations to convergence towards the desired response, in WGS84 coordinates. In this paper, therewith that the Gradient Steepest Descent algorithm is designed in WGS84 coordinates, performance of this algorithm in terms of error rate and the number of iterations required to achieve the desired accuracy are compared in Cartesian and WGS84 coordinates. Then a way to reduce the iterations and decrease the waste of time is proposed in combination of two coordinates. The root mean square errors of all these methods are compared with each other.
    Keywords: Positioning, Gradient, TDOA, WGS84
  • A. Zarenezhad, A. Hosein Nezhad*, S. Farahat Pages 22-35
    Parameters of fuel injection system, play an important role in the combustion process and, consequently, fuel consumption and emissions output. Therefore, in this study, the effects of various parameters such as Injection timing, injection during, the geometry of the injector, (the injector orifice diameter), Spray cone angle and fuel injection pressure on the performance and emissions of a DI marine diesel engine have been investigated. To evaluate the results of simulation, the maximum In-cylinder pressure has been compared with experimental data. In addition to this parameter, the experimental values of NOx, soot and brake specific fuel consumption (BSFC) have been compared with simulated results. The results of simulation show that the good agreement with experimental data.
    Keywords: Fuel injection, Pollutants Emission, Bsfc
  • Ahmad Hajivand*, Mehdi Hasani, Mehdi Babaie, Mohsen Sadeghian Pages 36-46
    Hydrodynamic coefficients for an autonomous underwater vehicle (AUV) are obtained by simulating the maneuver tests in computational fluid dynamic (CFD) media. The simulations are performed for different length to diameter ratios by STAR-CCM software. Also the effects of different hydroplanes as a hull appendage is investigated. Hydrodynamic forces and moment are computed and by using suitable curve fitting linear and nonlinear hydrodynamic coefficients are calculated. The results show that by increasing the length to diameter ratio the higher hydrodynamic coefficients can be obtained. The comparison of simulated results with the available experimental data shows a very good agreement among them.
    Keywords: CFD, linear hydrodynamic coefficients, nonlinear hydrodynamic coefficients, transverse force
  • Maryam Arab Ameri *, M. Barfeie Pages 47-53
  • Sajad Ardeshiri *, H. Mousavi Zadegan, S. Kheradmand, F. Eskandari, A. Kamali Pages 54-66
    Calculations of resistance and powering are very important in floating vehicle design. Because of limitations of architecture and alignment, these calculations are more important in underwater vehicle design. This paper researches the powering calculations of an AUV . Initial describe the empirical formulas for calculations of submersible vehicle, then simulated the stream around of AUV with its propeller by CFD method to estimate the resistance and required power. Practical test and experimental work have been done for calculate of power and efficiency of the floating devices. The analysis result and experimental work have been described. Finally, the power that calculated by CFD and empirical methods is verified by experimental method and represented the amounts of error.
    Keywords: propulsion, CFD, AUV, Sea Test
  • M. Ketabdari *, Kumars Mahmoudi Pages 66-78
    Sea states are usually obtained using wave buoys. Wave recording using these wave buoys is usually associated with some errors. So before extracting any information from this data it is necessary to identify and remove or correct them. The aim of this paper is identifying the errors in wave records of buoys using local outlier factor (LOF) method. LOF is a powefull method to identify anomalies in the data in machine learning which is used in many practical applications. In this paper the daily wave data of Asalouye of Boushehr Province in persian Gulf recorded by PMO buoy in the period 17/02/92 to 01/05/92 was analysed for errors using this method. The results show that LOF is an efficient method to detect errors in wave data loggers.
    Keywords: Wave Buoy, Wave Data, Persian Gulf, Error Detection, Local Outlier Factor (LOF)
  • B. Aghaei, M. Torabi, M. Akbari *, Sh Masoumi Pages 79-88
    Occurrence of water scouring phenomenon around hydraulic structures is one of the most essential factors that destroys and consequently losses of the financial each year. Existence of pier structure in front of the entrance of harbor, causes to generate three dimensional (3-D) flows around the piles of piers (due to entrance of wave into the harbor and the result of ships movements) and causes erosion, sedimentation of basin and localized water scouring. In numerical modelings that have been done so far, rate of water scouring is a function of flow parameters such as flow velocity, depth and geometrical parameters like diameter of the piles and granulation. In this paper, in addition to the study of previous parameters, we can estimate amount of affect of rotation in water scouring process around the piles of piers. In this article, according to the existence of 3-D flows around hydraulic structures such as downwards flows in front of piles and in order to consider the role of flows in water scouring a complete 3-D model is used for hydraulic flow simulation around the structures. To consider the actual boundaries of the piles of piers, the structural mesh and curvelinear border method (along the horizontal and vertical) is used. Due to changes in depth and sea bottom, the Sigma coordinate system is used to mesh.
    Keywords: localized water scouring, hydraulic structure, rotation effect, numerical modeling
  • Mohammad Reza Dorri *, Kourosh Hejazi Pages 89-100
    Numerical simulation of nonlinear waves is of prime importance. In this research the WISE 2DV numerical model has been deployed. In the WISE model Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations have been solved using finite volume discretization and projection method. The method of volume of fluid for surface has been implemented in the model. For implementation of VOF method, Youngs scheme has been utilized. In this scheme color function advection is based on piecewise linear interface reconstruction. The k–ε model is used for turbulence closure of RANS equations.
    For validation of the model a short amplitude sloshing wave in a tank, regular wave in a flume and propagation of solitary wave have been simulated, and the results have been compared with analytical solutions, which show very good agreements. A non-linear short wave propagation has also been simulated, and predictions have been compared against experimental results, which confirms the model ability in prediction of non-linear short waves.
    Keywords: Nonlinear waves, Numerical simulation, Projection method, FVM, VOF
  • S. Jamshidi *, M. Soheilifar Pages 101-111
    Results of the field measurements using CTD profiler in the southern coastal waters of the Caspian Sea are presented. The measurements were carried out in Kiyashahr region that is located in the Guilan province, in north of Iran. The observations were done over 13 sampling station with a maximum depth of 90 m depth during a marine cruise in the southern coastal waters of the Caspian Sea. During the marine cruise, CTD probe was released into the seawater column from sea surface to the bottom near 90 m depth. The collected data showed formation a seasonal thermal stratification including surface mixed layer, Thermocline and deep water layer in the water column. Water temperature in the sea surface mixed layer (with 10 m depth) ranged between 29.5-29 oC. At the time of measurement in midsummer, thermocline layer had 30 m thickness and located between 10-40 m depths. Vertical structure of sea water temperature indicated a sharp vertical gradient 20oC across the thermocline. Below the thermocline till sea bottom, seasonal variations of temperature were slight.
    Keywords: Caspian Sea, temperature, Thermal Stratification, Thermocline layer, Sonar