شناسنامه علمی شماره
دوره 20، شماره 75 ، مرداد 1398
مقاله پژوهشی
پیام خسروی نیا؛ علی حسین زاده دلیر؛ محمود شفاعی بجستان؛ محمد رضا نیک پور
چکیده
مطالعۀ هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ها و کانال های روباز از جنبه های مختلف شامل فرسایش، رسوبگذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهمترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیة جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشۀ پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخۀ فرعی به شخة اصلی به وجود می ...
بیشتر
مطالعۀ هیدرولیک جریان در تلاقی رودخانه ها و کانال های روباز از جنبه های مختلف شامل فرسایش، رسوبگذاری و ملاحظات زیست محیطی بااهمیت است. یکی از مهمترین خصوصیات مورد توجه در محل تلاقی، ابعاد ناحیة جداشدگی جریان است. این ناحیه بلافاصله بعد از گوشۀ پایینی محل تلاقی در حین ورود جریان از شاخۀ فرعی به شخة اصلی به وجود می آید. در پژوهش حاضر تأثیر شیب جانبی دیوار کانال اصلی بر ابعاد ناحیۀ جداشدگی جریان بررسی شده است. آزمایش ها به ازای چهار نسبت دبی، چهار عدد فرود پایاب و زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه اجرا شده است. نتایج بهدست آمده حاکی از افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی در اثر کاهش زاویۀ شیب جانبی دیوار کانال اصلی است. میانگین افزایش طول ناحیۀ جداشدگی به ازای زاویه های 45، 60 و 75 درجه نسبت به دیوار قائم به ترتیب برابر 55/3، 30/3 و 15/5 درصد بهدست آمده است. مقادیر گفته شده برای پهنای ناحیۀ جداشدگی به ترتیب برابر 33/8، 22/7 و 10/8 درصد است. کاهش عدد فرود پایاب و افزایش نسبت دبی کانال فرعی به کانال اصلی نیز با افزایش ابعاد ناحیۀ جداشدگی همراه است. همچنین، متناسب با افزایش زاویۀ شیب جانبی، شاخص شکل ناحیۀ جداشدگی افزایش می‌یابد بهطوریکه میانگین مقادیر آن به ازای زاویه های 45، 60، 75 و 90 درجه بهترتیب برابر 0/144، 0/147، 0/150 و 0/156 به دست آمده است. علاوه بر آن، روابطی رگرسیونی برای محاسبۀ طول و پهنای ناحیۀ جداشدگی و بر اساس متغیرهای بی بعد تحقیق حاضر استخراج و به ازای شیب جانبی 90 درجه با روابطی مقایسه شد که دیگر محققان به کار برده‌اند.
مقاله پژوهشی
ساحله کاکویی؛ علیرضا عمادی؛ محمد علی غلامی سفیدکوهی
چکیده
یکی از اهداف اصلی احداث شبکههای آبیاری، انتقال و توزیع آب موردنیاز در بخش کشاورزی است. در این پژوهش از کنترلگر کلاسیک PID برای تنظیم سطح آب بهمنظور بهبود بهرهبرداری از کانال اصلی شبکۀ آبیاری البرز استفاده شدهاست. به این منظور کنترلگر کلاسیک PID در دو جهت کنترل از بالادست و کنترل از پاییندست در محیط نرمافزار فرترن ...
بیشتر
یکی از اهداف اصلی احداث شبکههای آبیاری، انتقال و توزیع آب موردنیاز در بخش کشاورزی است. در این پژوهش از کنترلگر کلاسیک PID برای تنظیم سطح آب بهمنظور بهبود بهرهبرداری از کانال اصلی شبکۀ آبیاری البرز استفاده شدهاست. به این منظور کنترلگر کلاسیک PID در دو جهت کنترل از بالادست و کنترل از پاییندست در محیط نرمافزار فرترن توسعه داده شد و با مدل هیدرودینامیک ICSS تلفیق شد که برای شبیهسازی شرایط هیدرولیکی، هیدرولوژیکی و بهرهبرداری سیستمهای انتقال آب طراحی شده است. در این کنترلگر سعی در حداقل کردنخطای سطح آب است.برای بررسی قابلیت کنترلگر توسعه داده شده در ثابت نگهداشتن تراز سطح آب در زمان کاهش و افزایش همزمان دبی ورودی به کانال و نیاز آبگیرهای کانال، گزینۀ بهرهبرداری در نظر گرفته شد. در کنترلگر پاییندست خطای سطح آب در ابتدای زمان بهرهبرداری، در مقایسه با شرایط موجود، برای هر یک از سازهها 5/87، 87 و 87 درصد و در زمان 18 ساعت 97، 5/99 و 7/99 درصد بهبود بهدست آمد. میزان بهبود خطای سطح آب نسبت به شرایط موجود در کنترلگر بالادست در شروع شبیهسازی 75، 93 و 92 درصد، برای زمان 12 ساعت 27، 97 و 96 درصد و برای زمان 18 ساعت 77، 94 و 98 درصد بهدست آمد. با توجه به نتایجپژوهش، خطای سطح آب در کنترلگر کنترل از پاییندست کمتر از خطای سطح آب درکنترل از بالادست بهدست آمد. زمان پاسخ سیستم در کنترلگر کنترل از بالادست کمتر از کنترل از پاییندست بهدست آمد.
مقاله پژوهشی
اصغر عزیزیان؛ امیر صمدی
چکیده
با توجه به نیاز مبرم مطالعات مهندسی هیدرولیک به تعیین اندازۀ رسوبات سطحی و در معرض جریان بستر، و با توجه به مشکلات بسیار در تعیین آنها با روشهای اندازه‌گیری دستی و آزمون‌های دانهبندی با الک در آزمایشگاه، در تحقیق حاضر الگوریتمی توسعه داده شده است که میتواند با تهیۀ تعدادی تصویر از بستر حین بازدید میدانی و تهیۀ اطلاعات کاربری ...
بیشتر
با توجه به نیاز مبرم مطالعات مهندسی هیدرولیک به تعیین اندازۀ رسوبات سطحی و در معرض جریان بستر، و با توجه به مشکلات بسیار در تعیین آنها با روشهای اندازه‌گیری دستی و آزمون‌های دانهبندی با الک در آزمایشگاه، در تحقیق حاضر الگوریتمی توسعه داده شده است که میتواند با تهیۀ تعدادی تصویر از بستر حین بازدید میدانی و تهیۀ اطلاعات کاربری اراضی، کمک شایانی به سهولت مطالعه، تسریع روند آن و افزایش دقت مدلسازی کند. برای بررسی صحت و دقت این الگوریتم در مقابل روش دانهبندی مرسوم مکانیک خاک، از چهار دوربین دیجیتال مختلف (با قدرت تفکیک 6، 10، 1/12 و 14 مگاپیکسل) و دو اندازه قاب تصویر مربعی (به ابعاد 5/0 و 1 متر) هم در شرایط خشک و هم در شرایط جریان ناچیز آب، در بازه‌ای 5 کیلومتری از مسیر رودخانۀ سیرچ در شمال شرق کرمان برای تصویربرداری و نمونه‌برداری رسوب استفاده شد. نتایج بهدست آمده در بستر خشک نشان میدهد که دوربین‌های با توان تفکیک بالا کمترین میزان خطا را در برآورد قطر متوسط مصالح دارند. هرچند بهعلت یکنواخت بودن ذرات بستر، عملکرد دوربین‌های 6 و 14 مگاپیکسلی ( با حداکثر میزان اختلاف در برآورد قطر متوسط کمتر از 12 درصد) نیز قابل قبول است. دوربین‌های 1/12 و 10 مگاپیکسل نیز بهترتیب کمترین خطا را در برآورد حداکثر قطر ذرات بهدست داده‌اند. در بسترهای تر، محاسبات حاکی از آن است که نتایج حاصل از پردازش تصویرهای بهدست آمده از دوربین با توان تفکیک پایین 6 مگاپیکسلی، اختلاف زیادی با دیگر دوربینها، خصوصاً در توزیع منحنی دانهبندی و نیز مشخصات آماری ذرات بستر، دارد. بررسی مشخصات آماری روی توزیع دانهبندی مصالح سطحی بستر رودخانه نشان میدهد که قطر متوسط، قطر حداکثر و انحراف از معیار ذرات بهدست آمده از دوربین با توان تفکیک 10 مگاپیکسل بیشتر از آنهایی است که از دیگر دوربینها بهدست آمده است. در یک جمعبندی کلی میتوان گفت که ارتباط مستقیمی بین پارامترهای ابعاد تصویر (فریم)، قدرت تفکیک دوربین و فاصلۀ آن از بستر آبراهه وجود دارد و با کاهش قدرت تفکیک دوربین در یک فریم ثابت، حتماً باید فاصلۀ دوربین نسبت به بستر آبراهه افزایش یابد و برعکس. نتایج همچنین نشان میدهد که در آبراهه‌های دارای توزیع دانهبندی نسبتاً یکنواخت، میتوان از هر دوربینی استفاده کرد. اما در آبراهه‌های دارای بستر درشت‌دانه یا ریزدانه بهتر است از دوربین‌های با توان تفکیک بهترتیب پایین و بالا استفاده کرد.
مقاله پژوهشی
سعید فرزین؛ حجت کرمی؛ جعفر دستورانی؛ مهدی ولیخان انارکی؛ محمد احترام
چکیده
شکل مقطع کانالهای مصنوعی و طراحی بهینۀ آن با روشهای هوشمند، میتواند تاثیری چشمگیر در کاهش هزینۀ ساخت این کانالها داشته باشد. در پژوهش حاضر، برای نخستین بار به معرفی کانال مصنوعی با مقطع چرخزاد وارونه و طراحی بهینۀ آن با الگوریتم خفاش پرداخته شده است. مقطع پیشنهادی، در دو طرح شامل چرخزاد وارونه بدون بستر افقی و چرخزاد وارونه ...
بیشتر
شکل مقطع کانالهای مصنوعی و طراحی بهینۀ آن با روشهای هوشمند، میتواند تاثیری چشمگیر در کاهش هزینۀ ساخت این کانالها داشته باشد. در پژوهش حاضر، برای نخستین بار به معرفی کانال مصنوعی با مقطع چرخزاد وارونه و طراحی بهینۀ آن با الگوریتم خفاش پرداخته شده است. مقطع پیشنهادی، در دو طرح شامل چرخزاد وارونه بدون بستر افقی و چرخزاد وارونه با بستر افقی در نظر گرفته شده است. بهمنظور طراحی بهینۀ مقاطع معرفی شده، دو سناریو شامل کانال با ارتفاع آزاد ثابت و کانال با ارتفاع آزاد متغیر، تعریف شده است. در هر دو سناریو از معادلۀ مانینگ بهعنوان محدودیت و از معادلۀ هورتون برای در نظر گرفتن ضریب زبری معادل استفاده شد. بر اساس روش آنالیز حساسیت، مقادیر بهینۀ پارامترهای الگوریتم پیشنهادی تعیین و پس از آن، الگوریتم خفاش برای هر مقطع و سناریو بهصورت تصادفی پانزده بار اجرا و مقدار ضریب تغییرات و سرعت همگرایی محاسبه شده است. بهمنظور بررسی دقت الگوریتم خفاش در تعیین مقدار بهینۀ مطلق، بین جوابهای این الگوریتم و نرمافزار لینگو مقایسه صورت گرفته است. نتایج طراحی بهینه مقاطع پیشنهادی، با کانالهای ذوزنقهای، سهمی با بستر افقی، بیضوی و بیضوی عمومی نیز مقایسه شد. نتایج اجراهای تصادفی الگوریتم خفاشنشان میدهد ضریب تغییرات برای مقاطع و سناریوهای معرفی شده حدود 0002/0 تا 0013/0 است. با توجه به نمودارهای همگرایی، الگوریتم مذکور برای همۀ مقاطع و سناریوها در 1000 تکرار همگرا شده است. مقایسۀ نتایج الگوریتم خفاش و نرمافزار لینگو نیز بیان کنندۀ دقت بالای الگوریتم مذکور در تعیین بهینۀ مطلق مسئله است. استفاده از مقاطع پیشنهادی در مقایسه با دیگر مقاطع متداول، موجب میشود هزینۀ ساخت کانال مصنوعی تا 7/34 درصد کاهش یابد. در میان مقاطع و سناریوهای بررسی شده، استفاده از مقطع چرخزاد وارونه تحت سناریوی دوم تا 15/17 درصد اقتصادیتر است.
مقاله پژوهشی
نیما اکبری؛ کاظم اسماعیلی؛ سعیدرضا خداشناس
چکیده
در این تحقیق اثر شبکهای از سوراخها در کف حوضچه آرامش بر مشخصات اصلی پرش هیدرولیکی ازجمله نسبت اعماق مزدوج و طول پرش مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با تحلیل ریاضی و توسعهرابطه اندازه حرکت معادلهای برای محاسبه مستقیم نسبت اعماق مزدوج در حالتیکه دبی جریان در امتداد حوضچه کاهش می‌یابد بهدست آمد. سپس با استفاده از یک کانال ...
بیشتر
در این تحقیق اثر شبکهای از سوراخها در کف حوضچه آرامش بر مشخصات اصلی پرش هیدرولیکی ازجمله نسبت اعماق مزدوج و طول پرش مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا با تحلیل ریاضی و توسعهرابطه اندازه حرکت معادلهای برای محاسبه مستقیم نسبت اعماق مزدوج در حالتیکه دبی جریان در امتداد حوضچه کاهش می‌یابد بهدست آمد. سپس با استفاده از یک کانال آزمایشگاهی به طول 6 متر و عرض 8/0 متر مجهز به شبکهای از شیرها در کف، آزمایشهایی بهمنظور بررسی رفتار و مشخصات پرش در این حالت انجام شد و نتایج با مقادیر اندازه‌گیری شده برای پرش کلاسیک روی بستر صاف مقایسه گردید. بازه اعداد فرود مورد بررسی در آزمایشها بین 3/5 تا 4/7 بود. نسبت دبی باقیمانده در پاییندست به دبی ورودی به کانال نیز بین 98/0 تا 995/0 قرار داشت. نتایج ازمایشها نشان داد که نسبت اعماق مزدوج پرش حداکثر 19 درصد نسبت به پرش روی بستر صاف و 12 درصد نسبت به مقدار محاسبه شده از رابطه تحلیلی کاهش می‌یابد. همچنین طول پرش در این حالت حداکثر بهمیزان 29 درصد نسبت به پرش کلاسیک کاهش یافت.
مقاله پژوهشی
سعید گوهری؛ زهرا کبیری محمودآبادی
چکیده
با توجه به کارایی مناسب سرریزهای لابیرنت، تحقیقات بسیاری در زمینة مزایا و کاربرد این سرریزها صورت گرفته است. این تحقیق بهمنظور بررسی هیدرولیک جریان و تاثیر سازۀ ترکیبی سرریز- دریچه بر میزان آبشستگی در پاییندست سازه، بهصورت آزمایشگاهی اجرا شده است. در این تحقیق 12 آزمایش در 3 دبی متفاوت 10، 15 و 20 لیتر بر ثانیه برای حالت جریان از ...
بیشتر
با توجه به کارایی مناسب سرریزهای لابیرنت، تحقیقات بسیاری در زمینة مزایا و کاربرد این سرریزها صورت گرفته است. این تحقیق بهمنظور بررسی هیدرولیک جریان و تاثیر سازۀ ترکیبی سرریز- دریچه بر میزان آبشستگی در پاییندست سازه، بهصورت آزمایشگاهی اجرا شده است. در این تحقیق 12 آزمایش در 3 دبی متفاوت 10، 15 و 20 لیتر بر ثانیه برای حالت جریان از روی سرریز و جریان همزمان از روی سرریز- دریچه برای دو مدل سرریز خطی و لابیرنت اجرا شده است. نتایج تحقیقات نشان میدهد که در سرریز لابیرنت با تخلیۀ بیشتر انرژی در محل برخورد با کفبند، امکان انتقال بیشتر رسوبات به پاییندست کاهش می‌یابد و ارتفاع موج ماسه در پاییندست کفبند بیشتر است. با افزایش فرود ذره برای عمق پایاب ثابت بیشینۀ عمق آبشستگی و طول گودال آبشستگی افزایش پیدا میکند. در جریان همزمان از روی سرریز و دریچه، در سرریزهای لابیرنت و سرریزهای خطی بیشینۀ عمق آبشستگی و طول حفرۀ آبشستگی نسبت به جریان از روی سرریز افزایش پیدا میکند. بیشینۀ عمق آبشستگی و طول حفرۀ آبشستگی با افزایش دبی افزایش می‌یابد و مقدار آن در سرریزهای لابیرنت، نسبت به سرریز خطی، در تمام حالات کمتر است.
مقاله پژوهشی
عطااله مومنی هروی؛ صلاح کوچک زاده؛ محمد بی جن خان
چکیده
مدول‌ها سازه‌هایی هستند که بهرغم نوسانات سطح آب در کانالهای آبیاری، دبی نسبتاً ثابتی تحویل می‌دهند. از جمله این سازهها، مدولهای تیغه‌ای هستند که بر مبنای مطالعات نظری و آزمایشگاهی روشهای مختلفی برای تعیین ابعاد آنها معرفی شده است. تعیین ضوابط و بهترین روش طراحی آنها نیازمند آزمون آزمایشگاهی است؛ این ضوابط برای ظرفیتهای ...
بیشتر
مدول‌ها سازه‌هایی هستند که بهرغم نوسانات سطح آب در کانالهای آبیاری، دبی نسبتاً ثابتی تحویل می‌دهند. از جمله این سازهها، مدولهای تیغه‌ای هستند که بر مبنای مطالعات نظری و آزمایشگاهی روشهای مختلفی برای تعیین ابعاد آنها معرفی شده است. تعیین ضوابط و بهترین روش طراحی آنها نیازمند آزمون آزمایشگاهی است؛ این ضوابط برای ظرفیتهای پایین تعیین شده و عملکرد بسیار مطلوب آنها به اثبات رسیده است. چنین مدول‌هایی قابلیت کاربرد برای دبی‌های بالاتر را هم دارند اما بهدلیل بررسی پدیدۀ اثر مقیاس در مدل‌های آزمایشگاهی همچون سرریزها، استفاده از این مدلها در ظرفیتهای بالاتر زمانبر و هزینهبر است. با توجه به نوع طراحی مدولهای تیغه‌ای، تعیین حساسیت ارتفاع تیغه‌ها در تعیین سهم جریان عبوری از سرریز تیغه‌ها نسبت به کل دبی و سهم دبی هر مجرا اهمیت ویژه‌ای دارد که تعیین آنها در مدل‌های آزمایشگاهی امکان‌پذیر نیست. از این رو، تحقیق حاضر با هدف ارزیابی کاربرد مدل‌های عددی سه‌بعدی در شبیه‌سازیجریان در مدولهای تیغه‌ای برای بازتولید داده‌های مشاهده‌ای، تعیین سهم جریان عبوری از سرریز تیغه‌ها نسبت به کل دبی، سهم جریان عبوری از هر یک از مجراهای موازی و امکان‌سنجی استفاده از معادلات دبی-اشل برای سرریزها به اجرا درآمد. بهکارگیری نرمافزار Flow-3D نشان داد که این ابزار در شرایط تحت آزمون، نتایج بسیار قابل اعتمادی ارائه میدهد و قابلیت کاربرد را برای تعیین ضوابط طراحی مدول‌ها برای ظرفیتهای بالا، تعیین میزان جریان عبوری از هر مجرا و سرریز تیغه‌ها دارد و بنابراین بهعنوان جایگزینی برای بررسی‌های آزمایشگاهی یا محدود کردن نیاز به ابزار آزمایشگاهی، با میانگین قدرمطلق خطای نسبی حدود 7/1 درصد برای ظرفیت 14 لیتر بر ثانیه، 97/3 درصد برای ظرفیت 10 لیتر بر ثانیه، 22/5 درصد برای ظرفیت 7 لیتر بر ثانیه و 94/7 درصد برای ظرفیت 4 لیتر بر ثانیه توصیه میشود.
مقاله پژوهشی
ثمر بهروزی نیا؛ حجت احمدی؛ نادر عباسی؛ اکبر عرب جوادی
چکیده
زهکشی و بهبود پارامترهای مقاومتی خاک در اکثر پروژه‌های معدنی و ژئوتکنیکی اجتناب‌ناپذیر است. از اینرو، الکتروکینتیک ژئوسینتتیک بهعنوان یک فناوری بنیادین، قادر به افزایش پایداری و تثبیت خاک‌های ریزدانه است و از ترکیب عملکرد الکتروکینتیک و جریان الکترواسمز، بههمراه کاربرد ژئوسینتتیک‌ها بهدست می‌آید. در این پژوهش، برای ...
بیشتر
زهکشی و بهبود پارامترهای مقاومتی خاک در اکثر پروژه‌های معدنی و ژئوتکنیکی اجتناب‌ناپذیر است. از اینرو، الکتروکینتیک ژئوسینتتیک بهعنوان یک فناوری بنیادین، قادر به افزایش پایداری و تثبیت خاک‌های ریزدانه است و از ترکیب عملکرد الکتروکینتیک و جریان الکترواسمز، بههمراه کاربرد ژئوسینتتیک‌ها بهدست می‌آید. در این پژوهش، برای ارتقا و بهبود فرآیند الکتروکینتیک ژئوسینتتیک، الکترودی بر پایۀ ژئوتکستایل و به روش پلیمریزاسیون شیمیایی ساخته شد. بدین منظور، الیاف نارسانای ورقه ژئوتکستایل با بهرهگیری از پوشش‌دهی با پلیمر رسانای پیرول (با استفاده از دو نوع اکسیدان) و پلیمر رسانای آنیلین، بههمراه افزودن چهار نوع نانو ذرۀ متفاوت، به الیاف رسانا تبدیل گردید. برای ارزیابیکارایی الکترود ژئوسینتتیک، در مقایسه با الکترود مسی، مدلی فیزیکی طراحی و از رس کائولینیت اشباع پُر شد و تحت تاثیر فرآیند الکترواسمز زهکشی گردید. نتایج بهدستآمده نشان میدهد که پوشش‌دهی با پلیمر پیرول، تنها بهصورت تشکیل لایه در اطراف الیاف ژئوتکستایل بود و انسدادی در تخلخل الیاف ایجاد نکرد. بنابراین، غشای مذکور پس از پوشش‌دهی، قابلیت همزمان بهکارگیری بهعنوان فیلتر و الکترود را داراست و پس از اتمام فرآیند الکتروکینتیک و بدون خارجسازی از محیط، میتواند بهعنوان فیلتر در محیط خاکی باقی بماند. نتایج این بررسی همچنین نشان داد که در شرایط فرآیند الکترواسمز، الکترود ژئوسینتتیک با حداقل مقاومت اندازه‌گیری شده 670 اهم در حداکثر فشار 083/0 (کیلوگرم.نیرو بر سانتی‌مترمربع)، قادر به زهکشی 43 میلی‌لیتر آب است که در مقایسه با الکترود مسی و شرایط مشابه، تنها 14 درصد کاهش داشته است.
