مدلسازی آستانه استغراق سرریزهای متخلخل قوسی با استفاده از مدل های محاسبات نرم
محورهای موضوعی : علوم آب
مهرداد پیرزاد
1
,
محمدحسین پورمحمدی
2
,
حسین قربانی زاده خرازی
3
,
محسن سلیمانی بابرصاد
4
,
احسان دریکوند
5
1 - گروه مهندسی عمران، مهندسی و مدیریت منابع آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
2 - گروه مهندسی آب، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
3 - گروه مهندسی آب، مرکز تحقیقات علوم آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
4 - گروه مهندسی آب، مرکز تحقیقات علوم آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
5 - گروه مهندسی آب، مرکز تحقیقات علوم آب و محیط زیست، واحد شوشتر، دانشگاه آزاد اسلامی، شوشتر، ایران.
کلید واژه: اندازه گیری جریان, جریان آزاد, جریان مستغرق, مدلسازی آزمایشگاهی, محاسبات نرم,
چکیده مقاله :
سرریزهای متخلخل به عنوان سازه های دوست دار محیط زیست، جایگزین مناسبی برای سرریزهای صلب متداول در صنعت آب می¬باشند. یکی از چالش های اندازه گیری دبی در سرریزها، تشخیص آزاد یا مستغرق بودن جریان است. برای تعیین مرز بین این دو نوع جریان از شاخص آستانه استغراق استفاده می¬شود. در این تحقیق توانایی مدل شبکه عصبی مصنوعی و ترکیب آن با یک مدل بهینه¬ساز در پیش¬بینی شاخص آستانه استغراق ارزیابی شده است. برای این منظور از یک مجموعه داده آزمایشگاهی انجام شده با این هدف استفاده شده است. آزمایش های این تحقیق در یک فلوم به طول، عرض و ارتفاع به¬ترتیب 20، 6/0 و 5/0 متر انجام شده است. برای این تحقیق 20 مدل سرریز در دبی های مختلف مورد آزمایش قرار گرفته و در مجموع 175 آزمایش انجام شده است. نتایج مدلسازی نشان داد که مدل MLP با خطای متوسط حدود 7 درصد و مدل ترکیبی MLP-GNDO با خطای متوسط در حدود 4 درصد مقدار شاخص آستانه استغراق را پیش بینی کرده اند.
Porous weirs, as environmentally friendly structures, are a suitable alternative to solid weirs commonly used in the water industry. One of the challenges in measuring flow in weirs is determining whether the flow is free or submerged. The modular limit index is used to distinguish between these two types of flow. This research evaluates the ability of an artificial neural network and combination with a optimization model to predict the modular limit index. To achieve this, a laboratory dataset was utilized. The experiments were conducted in a flume with dimensions of 20 m in length, 0.6 m in width, and 0.5 m in height. In total, 20 weir models were tested at various flow rates, resulting in 175 tests being performed. The modeling results indicated that the MLP model, with an average error of 7%, and the combined MLP-GNDO model, with an average error of 4%, successfully predicted the modular limit index value.
[1] Potter, M. C., Wiggert, D. C., and Ramadan, B. H. 2012. Mechanics of fluids SI version. Cengage learning.
[2] White, F. M. 1990. Fluid mechanics. New York.
[3] Mohamed, H. I. 2010. Flow over gabion weirs. Journal of irrigation and drainage engineering, 136(8): 573-577.
[4] Fathi-moghaddam, M., Sadrabadi, M. T., and Rahmanshahi, M. 2018. Numerical simulation of the hydraulic performance of triangular and trapezoidal gabion weirs in free flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 62, 93-104. 963-971.
[5] Rahmanshahi, M., and Shafai Bejestan, M. 2020. Gene-expression programming approach for development of a mathematical model of energy dissipation on block ramps. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 146(2), 04019033.
[6] Chanson, H. 2006. Discussion of “discharge through a permeable rubble mound weir” by Kohji Michioku, Shiro Maeno, Takaaki Furusawa, and Masanori Haneda. Journal of Hydraulic Engineering, 132(4), 432-433.
[7] Hasanian Shirvan, S., Pirzadeh, B., Rajaei, S. H., and Shafai Bejestan, M. 2023. Experimental investigation of gabion broad-crested weirs under upstream partial blockage conditions. Water Supply, 23(7), 2638-2648.
[8] Safarzadeh, A., and Mohajeri, S. H. 2018. Hydrodynamics of rectangular broad-crested porous weirs. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 144(10), 04018028.
[9] Salmasi, F., and Sattari, M. T. 2017. Predicting discharge coefficient of rectangular broad-crested gabion weir using M5 tree model. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 41, 205-212.
[10] Shariq, A., Hussain, A., and Ahmad, Z. 2022. Flow over gabion weir under free and submerged flow conditions. Flow Measurement and Instrumentation, 86, 102199.
[11] Salmasi, F., Sabahi, N., and Abraham, J. 2021. Discharge coefficients for rectangular broad-crested gabion weirs: experimental study. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 147(3), 04021001.
[12] Shariq, A., Hussain, A., and Ahmad, Z. 2020. Discharge equation for the gabion weir under through flow condition. Flow Measurement and Instrumentation, 74, 101769.
[13] Leu, J. M., Chan, H. C., and Chu, M. S. 2008. Comparison of turbulent flow over solid and porous structures mounted on the bottom of a rectangular channel. Flow Measurement and Instrumentation, 19(6), 331-337.
[14] Mohammadpour, R., Ghani, A. A., and Azamathulla, H. M. 2013. Numerical modeling of 3-D flow on porous broad crested weirs. Applied Mathematical Modelling, 37(22), 9324-9337.
[15] Rahmanshahi, M., Jafari-Asl, J., Shafai Bejestan, M., and Mirjalili, S. 2023. A Hybrid Model for Predicting the Energy Dissipation on the Block Ramp Hydraulic Structures. Water Resources Management, 37(8), 3187-3209.
[16] Rahmanshahi, M., Jafari-Asl, J., Fathi-Moghadam, M., Ohadi, S., and Mirjalili, S. 2023. Metaheuristic learning algorithms for accurate prediction of hydraulic performance of porous embankment weirs. Applied Soft Computing, 111150.
[17] Hager, W. H., and Schwalt, M. 1994. Broad-crested weir. Journal of irrigation and drainage engineering, 120(1), 13-26.
[18] Barenblatt, G. I. 1987. Dimensional analysis. CRC Press.
[19] Bijankhan, M., Teymourkhani, A., and Ferro, V. 2022. Portable central baffle flume. Journal of Agricultural Engineering, 53(2).
