پایان نامه بررسی و تحلیل نرم افزارهای جریان متغیر تدریجی

پایان نامه بررسی و تحلیل نرم افزارهای جریان متغیر تدریجی

چکیده

به دلیل کاربرد فراوان و سهولت دسترسی به نرم افزارهایی که به مدلسازی جریان متغیر تدریجی می پردازند، شناخت معادلات و مبانی حاکم و آگاهی از فرضیات اعمال شده در هر یک از این نرم افزارها بهمراه ارزیابی قابلیت های مدل سازی در شرایط متفاوت ، میزان محدودیت کاربرد و نیز دقت نتایج حاصل از هر یک از نرم افزارها ضروری است .

در این سمینار ابتدا مبانی محاسباتی ، معادلات حاکم و روش حل عددی این معادلات در هر یک از نرم افزارهای HEC-RAS  ,  MIKE11 و CECAD-REMبه طور اجمالی مورد بررسی قرار می گیرد.  در ادامه با انجام مدلسازهای مختلفی به مقایسه و آنالیز حساسیت نرم افزارها پرداخته می شود. 

مقدمه

اهمیت آب و منابع آن تا حدی است که محققان چالشهای آینده فراروی انسان را ناشی از بحران آب می دانند.  پدیده سیلاب خسارات بسیاری به راهها و مناطق رودخانه ها وارد می نماید، پیش بینی و مهار سیلاب ، بهمراه بررسی نحوه رفتار رودخانه های سیلابی در محل سازه های مانند پل و آبرو، یکی از دغدغه های اصلی مهندسان هیدرولیک ، هیدرولوژی و شاخه های مرتبط با این علوم است .  انجام مدلسازی در شرایط خاص ، با توجه به فرضیات ساده کننده یکی از راههای دستیابی به اهداف مطرح شده است .  این مدلسازی شامل حرکت موج سیلابی ، تاثیرات برگشت آب در رودخانه ها و مخازن ، نوع پروفیل های بوجود آمده در اثر برخورد جریان با سازه های هیدرولیکی و امثال آن می باشد. نتایج این مدلسازی را می توان در کنترل سیلاب ، ساماندهی روخانه ، سدسازی و سایر پروژه های زیست محیطی بکار گرفت . 

روندیابی جریان

روندیابی جریان ، به بررسی چگونگی تغییرات سطح آب یا شناخت وضعیت آب یا دبی در مسیر رودخانه بدون اندازه گیری این مقادیر، اطلاق می شود.  روندیابی جریان با استفاده از روشهای مختلف هیدرولیکی و هیدرولوژیکی انجام می گیرد.  در روشهای روندیابی هیدرولیکی ، خصوصیات جریان بصورت تابعی از زمان در یک نقطه خاص در طول بازه یا شاخه محاسبه می شود، اما در روندیابی هیدرولیکی ، جریان بصورت تابعی از زمان در یک سری از نقاط در طول شاخه ، بصورت همزمان محاسبه می شود.  ضمن اینکه روندیابی هیدرولوژیکی قادر به تحلیل پدیده برگشت آب نیست . در روشهای هیدرولیکی روندیابی ، که از دقت بیشتری نسبت به روشهای هیدرولوژیکی برخوردارند، از حل همزمان معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر جریان ، استفاده شده و برای سهولت و سادگی کار، فرضیاتی نیز در نظر گرفته می شود.  روندیابی جریان متغیر تدریجی از جمله روشهای روندیابی هیدرولیکی است . 

فهرست مطالب                                                                                         صفحه 

چکیده                                                                                                            10

فصل اول - کلیات                                                                                            11

١-١- مقدمه                                                                                    12

١-٢- اهمیت مطالعات                                                                      12

١-٣- روندیابی جریان                                                                      13

١-٤- سوابق مطالعاتی                                                                     14

فصل دوم - معرفی نرم افزار HEC-RAS ومروری بر مبانی محاسباتی                 16

٢-١- مقدمه                                                                                    17

٢-٢- ویرایش جدید نرم افزار HEC-RAS نسخه ١,١,٣                       18

٢-٣- نحوه ذخیره و مدیریت داده ها در نرم افزار HEC-RAS               19

٢-٤- نحوه ارائه نتایج و خروجیها                                                      19

٢-٥- معادلات پایه محاسبه پروفیل سطح آب در جریان متغیر تدریجی     19

فصل سوم - معرفی نرم افزارMIKE11 ومروری بر مبانی محاسباتی                   22

٣-١- مقدمه                                                                                    23

٣-٢- معرفی MIKE11 نسخه ژوئن ٢٠٠٣                                         24

٣-٣- شرایط مرزی                                                                         24

فصل چهارم - معرفی نرم افزار CECAD-REM و مروری بر مبانی محاسباتی ٢٥

٤-١- مقدمه                                                                                    26

٤-٢- معرفی نرم افزار CECAD-REM                                            27

٤-٣- انواع شرایط مرزی قابل تعریف در نرم افزار                              27

فصل پنجم - مقایسه و تحلیل                                                                            29

٥-١- مقدمه                                                                                    30

٥-٢- مقایسه نرم افزارهای HEC-RAS و CECAD-REM و MIKE11     30

٥-٢-١- داده های ورودی و محدودیت های مدلسازی                            30

٥-٢-٢- قابلیت های محاسباتی                                                           31

٥-٣- بررسی دقت نرم افزار های مدلسازی جریان متغیر تدریجی           33

٥-٣-١- بررسی تاثیر فاصله گام های مکانی بر دقت نتایج                     34

٥-٣-٢- مقایسه روشهای مختلف برآورد شیب اصطکاکی میانگین           34

فصل ششم - نتیجه گیری                                                                                 37

٦-١- نتیجه گیری                                                                            38

فهرست شکلها                                                                                           صفحه 

شکل (٢-١): نمودار جریان غیر یکنواخت بین دو مقطع عرضی در یک کانال         20

شکل (٢-٢): نمایش عبارات معادله انرژی                                          21

 جدول (٥-١): مقایسۀ عمق مشاهده شده و عمق بدست آمده از مدلسازی (مدل اول )  ٣٥

جدول (٥-٢): درصد خطای حاصل از مدلسازی (مدل اول )                                   35

جدول (٥-٣): مقایسۀ عمق مشاهده شده و عمق بدست آمده از مدلسازی (مدل دوم )  ٣٦

جدول (٥- ٤): درصد خطای حاصل از مدل سازی (مدل دوم )                                36