عنوان

بررسی آزمایشگاهی و عددی جریان از روی سرریز کلیدپیانویی‌‌دریچه‌دار

پ۲۴۱۵۷

per

بررسی آزمایشگاهی و عددی جریان از روی سرریز کلیدپیانویی‌‌دریچه‌دار

مسعود اکبری

کشاورزی

۱۳۹۹

۱۳۸ص

سی دی

دکتری

آب-سازه های آبی

۱۳۹۹/۰۷/۳۰

سرريز کليد پيانويي نوع جديدي از سرريزهاي تاج طولاني است. ايدة اضافه کردن دريچه در کليدهای ورودي سرريز کليد پيانويي به منظور بهبود عملکرد هيدروليکي اين نوع سرريز، در آزمايشگاه هيدروليک گروه مهندسي آب دانشگاه تبريز بررسي شد. مدل آزمایشگاهی با چهار و پنج سیکل در کانالی با عرض متغیر 93/0 و 17/1 متر بررسی شد. با استفاده از دبی سنج اولتراسونیک محدوده دبی جریان بین 01/0 تا 13/0 مترمکعب برثانیه اندازه‌گیری شد. در سرریز کلیدپیانویی دریچه‌دار و بدون دریچه، با توجه به تقارن در سیکل‌ها، دبی جریان عبوری از هرسیکل باهم برابر است. وجود دریچه با تغییر در پروفیل سطح آب و تقسیم جریان ورودی سبب بهبود عملکرد هیدرولیکی سرریز کلیدپیانویی دریچه‌دار می‌شود. سرریز کلیدپیانویی دریچه‌دار با نسبت عرض کليد ورودي به عرض کليد‌ خروجي برابر 25/1 ظرفیت آبگذری بالاتری دارد. پس از آنالیز ابعادی پارامترهاي مؤثر روي ضريب‌ دبي سرريز کليد پيانويي دريچه‌دار مانند: ابعاد دريچه، عمق جاي¬گذاري دريچه در کليد ورودي، نسبت عرض کليد ورودي به عرض کليد‌ خروجي و بار آبي روي سرريز کليد پيانويي دريچه‌دار، تحلیل نتایج آزمایشگاهی با استفاده از هفت روش هوش مصنوعی MLP، GPR، SVM، GRNN، GEP، رگرسیون خطی و غیر خطی انجام شد. از ميان 188 دادة آزمايشگاهي براي سرريز کليد پيانويي و سرريز کليد پيانويي دريچه‌دار با تعداد چهارسیکل، 156 دادة آزمايشگاهي مربوط به سرريزهاي کليد پيانويي دريچه¬دار استفاده شد. با استفاده از ‌مدل‌هاي رگرسيون‌ خطي و غير‌خطي چندمتغيره در نرم‌افزار متلب 2018، و برنامه‌ریزی بیان ژن در برنامه GeneXpro Tools (v5) چهار رابطه براي ضريب دبي سرريز کليد پيانويي دريچه¬دار ارائه شد. نتايج بررسي نشان داد بار آبي روي سرريز کليد پيانويي، نسبت عرض کليد ورودي به عرض کليد‌ خروجي، عمق جاي¬گذاري دريچه در کليد ورودي، ابعاد دريچه به‌ترتيب بيشترين تأثير را بر ضريب دبي سرريز کليد پيانويي‌ دريچه‌دار دارند. روش GPR بعنوان یک روش جدید کارآمد در برآورد ضریب دبی سرریزها معرفی شد. این روش با RMSE=0.011 و R2=0.992 و MARE=1.167% توانسته است بهترین نتایج را نسبت به سایر روش‌های هوش مصنوعی ارائه دهد. در ارائه رابطه ضریب دبی مدل GEP ساده، با R2=0.979 ، RMSE=0.017 و MARE= 2.852% دارای بیشترین دقت است. با توجه به محدودیت دبی و عدم کنترل جریان در بارهای آبی بالا در کانال آزمایشگاهی، سرریز کلیدپیانویی دریچه‌دار در نرم افزار Flow 3D شبیه سازی شد. مدل عددی سرریز کلیدپیانویی با مدل آزمایشگاهی اندرسون و تولیس (2011) و فرمول تجربی لیمپریره (2009) صحت سنجی شد. مجذور میانگین مربعات خطای نتایج دبی مدل عددی در مقایسه با مدل‌آزمایشگاهی اندرسون 004/0 و در مقایسه با معادله لیمپریره 010/0 بدست آمد. بیشترین ظرفیت آبگذری مربوط به سرریز کلیدپیانویی دریچه‌دار با دریچه 5*8 (سانتیمتر) و Hgate=0.0442 متر می‌باشد

The piano key (PK) weir is a new type of long crested weirs. This study was involved the addition of a gate to inlet keys of the PK weir. It was conducted by the Department of Water Engineering, University of Tabriz, Iran to determine if the gate increased hydraulic performance. The laboratory model with four and five cycles was evaluated in a channel with variable widths of 0.93 and 1.17 meters. The discharge rate ranges was measured using an ultrasonic flow meter with 1% precision between 0.01 and 0.13 cubic meters per second. The gated piano key (GPK) weir and PK weir, according to the symmetry in the cycles, the discharge rate each cycle is equal. The presence of the gate improves the hydraulic performance of the GPK weir by changing the water surface profile and dividing the inlet flow. The GPK weir with the ratio of the inlet key width to the outlet key width (Wi/Wo) equal to 1.25, has a higher discharge capacity. After dimensional analysis of the effective parameters on the discharge coefficient (Cd) of the GPK weir, such as: gate dimensions (b and d), gate insertion depth in the inlet key (Hgate), (Wi/Wo) and the head over the GPK weir crest (H), analysis of laboratory results with seven methods of artificial intelligence MLP, GPR, SVM, GRNN, GEP, linear and nonlinear regression were performed. Out of 188 laboratory data for the PK and GPK weirs with four cycles, 156 laboratory data related to the GPK weir were used. Using multivariate linear and nonlinear regression models, in MATLAB 2018 software, and gene expression programming in GeneXpro Tools (v5), four relations were presented for the GPK weir discharg coefficient. The results of this study showed that H, Wi/Wo, Hgate, b and d, had the greatest effect on the GPK weir discharge coefficient, respectively. The GPR method was introduced as a new effective method for predicting discharge coefficient of weirs with RMSE = 0.011, R2 = 0.992 and MARE =1.167% and provided the best results when compared with other methods. The simple GEP model with R2 = 0.979, RMSE = 0.017 and MARE = 2.852% has the highest accuracy in presenting the relation for discharge coefficient. Due to the limited discharge rate range and lack of flow control at higher amounts of head in the laboratory flume, the GPK weir was simulated in Flow 3D software. The numerical model of the PK weir compared and validated by the laboratory model of Anderson and Tulis (2011) and the experimental formula of Limpire (2009). The RMSE= 0.004 in comparison with Anderson's experimental model and 0.010 in comparison with the Lempérière equation. The highest discharge capacity is related to the GPK weir with gate 8 * 5 (cm) and Hgate = 0.0442 (m).

Experimental and numerical investigation of flow over gated piano key weir

اکبری،

‏‏‏مسعود

تهيه کننده

‏سلماسی،

ارونقی،

‏‏فرسادی زاده،

‏‏کرباسی،

‏‏فرزین

هادی

‏ داود

‏‏مسعود

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

‏

‏ تبریز