لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

سرریز کرامپ به طور گسترده ای برای اندازه گیری دبی جریان در کانال های روباز  با جریان غیر دائمی مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش کالیبراسیون ضریب دبی سرریز کرامپ در جریان غیردائمی و در شرایط جریان آزاد تحت دو الگوی مختلف  دبی-زمان به صورت تجربی بررسی شده است. این اگوهای دبی-زمان به صورت افزایشی و کاهشی و در مدت زمان های مختلف در نظر گرفته شده است. آزمایش های تجربی در فلوم تحقیقاتی، مجهز به دستگاه ثبت تغییرات زمانی داده ها، به طول 10 و عرض 0/8 متر انجام شد و سرریز کرامپ در فاصله 5/2 متری از ورودی کانال نصب گردیده است. مطابق آزمایش های انجام شده، رفتار ضریب دبی جریان غیردائمی برحسب پارامترهای بدون بعد شامل نسبت ارتفاع سرریز به ارتفاع آب روی سرریز، نسبت طول کف سرریز به ارتفاع آب روی سرریز و نسبت عرض سرریز به به ارتفاع آب روی سرریز در الگوها و بازه های مختلف ارائه شده است. نتایج نشان می دهد ضریب دبی جریان غیردائمی با تمامی پارامترهای بدون بعد، نسبت عکس دارد به قسمی که با افزایش هر یک از پارامترهای ذکر شده، به طور کلی ضریب دبی کاهش می یابد. در گام نهایی با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک بهینه سازی ضریب دبی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد مقدار ضریب دبی کالیبره در شرایط جریان آزاد غیردائمی تحت الگوهای مختلف در محدوده0/4 تا 0/7متغیر است.

یکی از انواع دریچه های کنترل شده جریان آب که در دنیا در مقیاس وسیع از آن استفاده می شود، دریچه قوسی است. علی رغم کاربرد وسیع، تخمین دبی این دریچه ها کار ساده ای نیست و مطالعات چندانی در این زمینه انجام نشده است. در تحقیق حاضر چند رابطه جدید برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی در شرایط مستغرق و آزاد ارایه شده که با استفاده از آنها، برآورد دبی جریان با دقت بیشتری انجام می شود. در این روابط ضریب دبی جریان، به عنوان تابعی از نسبت بار آبی به عمق بازشدگی دریچه و زاویه لبه دریچه با خط افق، در نظر گرفته شده است. برای به دست آوردن این روابط، از داده های آزمایشگاهی منتشر شده توسط محققان قبلی و برازش چند متغیره غیرخطی استفاده شده است. اعتبار روابط به دست آمده، با بررسی چند پارامتر آماری، نظیر میانگین خطای تخمین و بیشینه خطای تخمین و خطای استاندارد تخمین و همچنین با استفاده از چند مجموعه داده اندازه گیری شده میدانی، تایید شد. در تحقیق حاضر محدوده دبی جریان مورد استفاده برای دریچه های قوسی آزاد در آزمایشگاه بین 0.030 تا 0.320 متر مکعب بر ثانیه و در میدان بین 0.110 تا 239.6 مترمکعب بر ثانیه بوده است. نتایج نشان داد که روابط به دست آمده، برای تخمین ضریب دبی جریان در دریچه های قوسی مستغرق و آزاد مناسب است. با استفاده از این روابط، متوسط خطای تخمین ضریب دبی را در حالت مستغرق، تا 0.02 و در حالت آزاد تا 0.01 می توان کاهش داد.

در این تحقیق، مقادیر ضریب دبی روزنه های جانبی با استفاده از روش های ANFIS و ANFIS-GA تخمین زده شد. برای مدل-سازی ضریب دبی، تاثیرات نسبت عرض کانال اصلی به طول روزنه جانبی (B/L)، نسبت ارتفاع روزنه جانبی به طول روزنه جانبی (W/L)، نسبت عمق جریان در کانال اصلی به طول روزنه جانبی (Ym/L) و عدد فرود (Fr) در نظر گرفته شد. برای محاسبه ضریب دبی یازده مدل مختلف برای هر یک از مدل های ANFIS و ANFIS-GA معرفی گردید. سپس به منظور مقایسه نتایج مدل های محاسبات نرم با مدل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، ضریب دبی روزنه جانبی با استفاده از مدل FLOW-3D شبیه سازی شد. برای آشفتگی میدان جریان از مدل های آشفتگی k-ε استاندارد و RNGk-ε استفاده گردید. بر اساس نتایج مدل عددی، مدل آشفتگی RNG k-ε آشفتگی میدان جریان را با دقت بیشتری نسبت به مدل k-ε شبیه سازی نمود. همچنین مقادیر MAPEوRMSE برای دبی های مدل سازی شده توسط حل عددی به ترتیب برابر 204/12 و 001/0 است. با تحلیل نتایج مدل های ANFIS، ANFIS-GA و CFD، مدل ANFIS-GA مدل برتر معرفی شد.

سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی، سرریزهایی هستند که از یک لبه مستقیم و صاف برخوردار نبوده و در پلان، از حالت خطی شکسته برخوردار می باشند. هدف از این تحقیق ارایه یک رابطه برای تعیین ضریب دبی جریان این نوع از سرریزها می باشد که در نهایت یک رابطه رگرسیونی با استفاده از داده های آزمایشگاهی بر اساس پارامترهای هندسی h/p و α,ارایه شد. برای صحت سنجی، نتایج حاصل از این رابطه با نتایج مدل عددی فلوینت مورد مقایسه قرار گرفت که حاکی از دقت بالای رابطه مذکور بود. علاوه بر این به عملکرد مدل های هوشمند شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و مدل های رگرسیونی چند متغیره خطی و غیر خطی در کاربرد رابطه دبی-اشل سرریزهای لبه تیز پلان مثلثی پرداخته شد. ارزیابی نتایج به دست آمده با استفاده از معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% انجام گردید. مقادیر معیارهای آماری R2، RMSE، NSE و RE% برای مدل ANN به ترتیب 998/0، 0076/0، 997/0 و %74/1 به دست آمد که نشان از برتری این مدل نسبت به سایر روش ها را دارد. همچنین نتایج نشان داد که در سرریزهای پلان مثلثی بسته به زاویه قرارگیری، میزان ضریب دبی جریان 1 الی 8 درصد نسبت به سرریزهای هم عرض کانال افزایش می یابد.

در این تحقیق از سرریزهای کلید پیانویی که از مزایای آن می توان به ضریب دبی و راندمان دبی بسیار بالا، امکان کاهش ارتفاع سد، سرعت در اجرا و صرفه اقتصادی نام برد. این سرریزها، بهترین گزینه برای اجرای سرریز سد در حالت جریان آزاد هستند. در این تحقیق با توجه به امکانات آزمایشگاهی موجود، میزان جریان عبوری به صورت تدریجی و در گام های زمانی مشخص افزایش یافت و تحت این شرایط با ارائه یک روش تحلیلی به تعیین ضریب دبی جریان در سرریز کلیدپیانویی پرداخته شد. آزمایش های این پژوهش، در کانال تحقیقاتی مستطیلی شکل با طول 10 متر و عرض 6/0 متر انجام شده است. در تحقیق حاضر، سه نوع سرریز کلید پیانویی مستطیلی نوع A با ارتفاع های متغیر15،10و20 سانتی متر و سایر پارامترهای هندسی ثابت در محدوده دبی 30 تا 50 لیتر بر ثانیه تحت بازه تغییرات دبی 3،5و1 لیتر برثانیه و بازه تغییرات زمانی 10،5و15 ثانیه مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین در این تحقیق در 27 شرایط هیدرولیکی متفاوت به بررسی تأثیر تغییرات ارتفاع بر نمودار های دبی-اشل، ضریب دبی و سایر پارامترهای موثر بی بعد پرداخته شده است. در نهایت نتایج حاکی از آن بود که، با افزایش ارتفاع سرریز، شیب نمودارهای دبی-اشل افزایش یافته است. هم-چنین با افزایش ارتفاع سرریز، ضریب دبی افزایش و در مقابل عدد فرود و نسبت ارتفاع آب به ارتفاع سرریز کاهش یافته اند. در نتیجه ارتفاع سرریز با ضریب دبی رابطه مستقیم و با عدد فرود و ارتفاع آب در ورودی و بالادست سرریز رابطه عکس دارد.

سرریز کلیدپیانویی نوع جدیدی از سرریزهای تاج طولانی است. به دلیل پیچیدگی هندسی این نوع سرریزها، در سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی آنها صورت گرفته است. ایده ی اضافه کردن دریچه در کلیدورودی سرریزکلیدپیانویی به منظور بهبود عملکرد هیدرولیکی این نوع سرریز برای اولین بار در آزمایشگاه هیدرولیک گروه مهندسی آب دانشگاه تبریز بررسی شد. به منظور بررسی پارامترهای موثر بر روی ضریب دبی سرریزکلیدپیانویی دریچه دار نظیر: ابعاد دریچه، عمق جایگذاری دریچه در کلید ورودی، نسبت عرض کلیدورودی به عرض کلید خروجی و بارآبی روی سرریز کلیدپیانویی دریچه دار، از 156 داده ی آزمایشگاهی مربوط به سرریزهای کلیدپیانویی دریچه دار استفاده شد. همچنین با استفاده از مدل های رگرسیون خطی و غیر خطی چند متغیره در نرم افزار متلب 2018، دو رابطه برای ضریب دبی سرریز کلیدپیانویی درچه دار ارایه شد. از میان 188 داده آزمایشگاهی برای سرریز کلید پیانویی و سرریز کلیدپیانویی دریچه دار، تعداد 156 داده مربوط به سرریز کلیدپیانویی دریچه دار می باشد. از این تعداد 70% به عنوان داده های آموزش و 30% بعنوان داده های آزمون مدل استفاده شد. نتایج بررسی نشان داد بارآبی روی سرریز کلیدپیانویی، نسبت عرض کلیدورودی به عرض کلید خروجی، عمق جایگذاری دریچه در کلید ورودی، ابعاد دریچه به ترتیب بیشترین تاثیر را بر روی ضریب دبی سرریز کلیدپیانویی دریچه دار، دارند. روش رگرسیون غیرخطی با 0/035= RMSE و 0/961= R2 و %4/526 = MARE نتایج بهتری نسبت به روش رگرسیون خطی با 0/061= RMSE و 0/865= R2 و %9/491 = MARE ارایه داده است.

روزنه های بزرگ مستطیلی از جمله وسایلی هستند که در مجاری جریان نظیر، کانالهای آبیاری، رودخانه های مسیل های کوچک آبخیزها، به عنوان یک وسیله اندازه گیری دبی جریان مورد استفاده قرار می گیرند. به خصوص از این وسیله برای محلهایی که افت کم وجود دارد به صورت مستغرق استفاده می شود. برای روزنه هایی که شرایط جریان در پایین دست آزاد و نیمه آزاد باشد، ضریب دبی تابعی از ارتفاع آب بالادست و ارتفاع روزنه از بستر رودخانه استخراج شده است. برای شرایط مستغرق تنها عدد 0.61 به طور متوسط در منابع پیشنهاد شده است ولی از آنجا که مقدار ضریب دبی به شرایط جریان بالادست و پایین دست همچنین ابعاد روزنه بستگی دارد، لذا مطالعه حاضر با هدف ایجاد رابطه ای برای تعیین معادله ضریب دبی روزنه های بزرگ مستطیلی انجام گرفت. در این مطالعه با ساخت یک مدل در آزمایشگاه و انجام آزمایشهای متعدد و با استفاده از یک نرم افزار آماری رابطه ای برای ضریب دبی به صورت تابعی از نسبت اختلاف سطح آب بالادست و پایین دست روزنه مجموع عرض و ارتفاع سرریز ارایه شده است.

سرریز جانبی یکی از معمول ترین سازه های کنترل و انحراف جریان در آزمایشگاه های هیدرولیک، شبکه های آبیاری و زه کشی، کانال های انتقال آب و فاضلاب است. سرریزها عموما لبه تیز بوده و از نظر دقت اندازه گیری دبی و نیز تخلیه جریان، دارای محدودیت می باشند، به همین دلیل در این پژوهش برای اولین بار سرریزهای جانبی لبه تیز با مقطع مرکب (ترکیبی) پیشنهاد شده است. اندازه گیری دقیق تر جریان در محدوده وسیعی از دبی ها نسبت به سرریزهای جانبی ساده از جمله موارد برتری این گونه سرریزها می باشد. در این پژوهش برای برآورد ضریب دبی، آزمایش هایی بر روی یک سرریز جانبی مرکب مستطیلی - مستطیلی و با عرض و ارتفاع متغیر انجام شده است. تحلیل ابعادی پارامترهای موثر بر دبی جریان عبوری از سرریز مرکب نشان داد که ضریب دبی این سرریز تابعی از عدد فرود در بالادست جریان، نسبت میانگین وزنی ارتفاع تاج سرریز به عمق جریان در بالادست سرریز و عرض کانال به عمق جریان در بالادست سرریز است. ابتدا بر اساس نتایج آزمایشگاهی و نیز اصول بهینه سازی، رابطه ای بدون بعد برای محاسبه ضریب دبی سرریز استخراج شده و سپس رابطه جدیدی برای محاسبه دبی جریان عبوری از سرریزهای جانبی مرکب مستطیلی پیشنهاد شده است. با مقایسه آماری نتایج این رابطه با داده های آزمایشگاهی، ضریب تبیین معادله در مراحل واسنجی و صحت سنجی به ترتیب 0.96 و 0.98 به دست آمد. همچنین متوسط خطای نسبی این رابطه حدود 6.4 درصد به دست آمده است.