Developing the Numerical method and MLP Model to simulation of flow over side weir

محورهای موضوعی : Irrigation and Drainage

عباس پارسائی ¹ (گروه مهندسی سازه‌های آبی، دانشگاه لرستان، گروه مهندسی آب، لرستان، ایران.)
امیر حمزه حقی آبی ² (گروه مهندسی آب، دانشگاه لرستان، لرستان، ایران)
شادی نجفیان ³ (دانش آموخته کارشناسی ارشد سازه‌های آبی.)

تاریخ دریافت : 1394/04/14 تاریخ پذیرش : 1394/08/24 تاریخ انتشار : 1394/07/09

کلید واژه: discharge coefficient, Numerical model, شبکه عصبی چند لایه, ANFIS model, Runge&ndash, Kutta Method, Side weir, رانج کوتای مرتبه چهار, سرریزهای جانبی, ضریب شدت جریان و معادله جریان متغیر مکانی,

چکیده مقاله :

Side weir is a type of weirs that used extensively in a variety ofengineering projects such as river engineering, dam,waste water , Irrigation and drainage network. So the study on the flow characteristics on the type weir, is one of the mostimportant topics in hydraulic engineering. The spatially varied flow (S.V.F)with discharge decreasing is governing equation to this type weir.Study on the hydraulic characteristics of this Structural, divided two part. One calculation of water surface profiles and twoestimate the discharge coefficient estimate. Numerical methods used to modeling water surface profiles. And for estimating of discharge coefficient the empirical equation and intelligent method proposed.In this study a numerical model (Fourth-Order Runge–Kutta Method)has been presented for solving spatially varied flow(S.V.F) and follow evaloution of empirical equation has done then to estimate of discharge coefficient the MLP model has been implement. For developting the ANFIS model,the data that poblished in journal has been used. The final result has good agreement with experimental data and can accurately simulate the flow over side weir.

چکیده انگلیسی:

مدل‌سازی عددی پدیده‌ های هیدرولیکی از مهم‌ترین بخش‌های علم مهندسی هیدرولیک است. مدل‌ سازی عددی معمولاً شامل حل معادلات دیفرانسیل حاکم بر جریان و همچنین تخمین ضرایب موجود در این معادلات می‌ باشد. در مدل‌ سازی عددی هیدرولیک جریان عبوری از بعضی از سازه‌ های مورد استفاده در مهندسی آب، مانند سرریزهای جانبی نیاز به حل همزمان معادلات دیفرانسیل و تخمین ضریب شدت جریان می ‌باشد. سرریزهای جانبی یکی از انواع سرریزهایی است که به طور وسیعی در انواع پروژه‌ های مهندسی آب مورد استفاده قرار می ‌گیرد. معادله حاکم بر هیدرولیک سرریزهای جانبی معادله متغیر مکانی می ‌باشد که یک معادله دیفرانسیل معمولی است که ضریب شدت جریان نیز در آن حضور دارد. مطالعه بر روی مشخصات هیدرولیکی این نوع سازه به دو قسمت برآورد پروفیل سطح آب و تخمین ضریب دبی تقسیم می‌ شود. حل معادله دیفرانسیل هیدرولیک سرریز جانبی منجر به برآورد پروفیل سطح آب عبوری از روی این سازه می‌ شود. برای مدل‌ سازی ضریب شدت جریان نیز نیاز است که از روش ‌های پرقدرتی مانند انواع مدل‌ های هوش مصنوعی استفاده شود. در این تحقیق با توجه به اهمیت موضوع، برای مدل ‌سازی عددی هیدرولیک سرریز جانبی معادله جریان متغیر مکانی با استفاده از روش رانج کوتای مرتبه چهار حل گردیده و برای تخمین ضریب شدت جریان به توسعه مدل هوش مصنوعی شبکه عصبی تطبیقی (ANFIS) پرداخته شده است. خروجی مدل عصبی تطبیقی به عنوان یکی از ورودی ‌های مدل عددی بشمار می‌رود. نتایج کلی نشان می ‌دهد که مدل نهایی که از ترکیب دو مدل هوش مصنوعی و مدل عددی تشکیل شده است از توانایی بسیار مناسبی جهت شبیه سازی هیدرولیک این سازه برخوردار می ‌باشد.

منابع و مأخذ:

پارسائی، ع.، احمدی، م. م. و قادری، ک. (1392). شبیه‌سازی عددی انتشار آلودگی در رودخانه‌ها به وسیله توسعه همزمان روش عددی حجم محدود و مدل شبکه عصبی تطبیقی، مجله علوم و مهندسی آب، شماره 4، ص 119-97.

حدادی، ح.، رحیم­پور، م.، احمدی، م. م. و غفوری. ع. ر. (1390). ضریب دبی جریان در سرریز جانبی لبه پهن با مقطع ذوزنقه ای. یازدهمین سمینار سراسری آبیاری و کاهش تبخیر. کرمان، دانشگاه شهید باهنر.

حسینی، ج. ابریشمی، س م. (1384). اصول جریان در مجاری روباز. انتشارات استان قدس رضوی.

شفاعی بجستان، م. (1390). مبانی و کاربرد مدل‌های فیزیکی و هیدرولیکی. انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز.

طاهرشمسی، ا. (1390). هیدرولیک محاسباتی. انتشارات دانشگاه صنعتی امیر کبیر.

کبیری سامانی، ع.، اسماعیلی، ح. و حیدر پور، م. (1390). افزایش راندمان سرریزهای جانبی ساده با استفاده از صفحات هادی یا گروه شمع. مجله آب و فاضلاب، شماره 1، ص 101-113.

کشاورز، ز. (1389). استخراج معادله پروفیل جریان و ضریب دبی سرریز­های جانبی با مقطع ذوزنقه­ای و دایره­ای پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید باهنر، کرمان، ص  128.

کیامنش، ح. (1388). هیدرولیک محاسباتی. انتشارات ترآوا.

محمد ولی سامانی، ح. (1384). مدل ریاضی یک بعدی هیدرولیک سرریزهای جانبی در شرایط وقوع پرش هیدرولیکی. مجله علوم دانشگاه شهید چمران اهواز، شماره 13، ص 14-1.

محمودیان شوشتری، م. (1388). اصول جریان در مجاری روباز. انتشارات دانشگاه شهید چمران اهواز، جلد دو.

نیک صفت، غ. ر. (1380). تئوری و کاربرد مدل‌های هیدرولیک در طراحی سازه‌های آبی. انتشارات وزارت نیرو، شماره 41، ص403.

هنر، ت. طرازکار، م. ح. و طرازکار، م. ر. (1389). برآورد ضریب دبی سرریزهای جانبی با استفاده از سیستم استنتاج فازی – عصبی (ANFIS). مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک. شماره 2 ، ص 176-169.

هنر، ت.، جوان، م. و کشاورزی، م. (1384). تحلیل ضریب دبی جزئی سرریزهای جانبی مایل در کانال‌های غیر منشوری مستطیلی. مجله علوم کشاورزی ایران. شماره ٤، ص824-819.

Al-Taee, A. (2011). Theoretical analysis of flow over the side weir using Runge Kutta method. Annals of the Faculty of Engineering Hunedoara.

Borghei, S. M. and Parvaneh, A., (2011). Flow Measurement and Instrumentation, pp: 370–376.

Emiroglu, M. E., Kisi, O. and Bilhan. O. (2010). Predicting discharge capacity of triangular labyrinth side weir located on a straight channel by using an adaptive Neuro-Fuzzy techniue. Journal of Advances in Engineering Software, PP: 154–160.

Emiroglu, M. E., Agaccioglu, H. and Kaya, N. (2011). Discharging capacity of rectangular side weirs in straight open channels. Flow Measurement and Instrumentation, pp: 319–330.

Ghodsian, M. (2004). Flow over triangular side weir. Journal Scientia Iranica Transaction on Civil Engineering, pp: 114–20.

Kayaa, N. Emiroglu, M. E. and Agaccioglu H. (2011). Discharge coefficient of a semi-elliptical side weir in subcritical flow. Journal of Flow Measurement and Instrumentation, pp: 25–32.

Parsaie, A. and Haghiabi, A.H. (2014). Predicting the side weir discharge coefficient using the optimized neural network by genetic algorithm. Scientific Journal of Pure and Applied Sciences, pp: 103-112.

Rahimi, A. (2012). Hydraulic Design of Side Weirs by Alternative Methods. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, pp: 157-167.

Rahimpour, M., Keshavarz, Z. and Ahmadi, M. M. (2011). Flow over trapezoidal side weir. Journal of Flow Measurement and Instrumentation, pp: 507–510.

Subramanya, K. and Awasthy, S.C. (1972). Spatially varied flow over side weirs. Journal of the Hydraulics Division, pp: 1-10.