تخمین ضرایب هیدرودینامیکی محیط متخلخل درشت دانه ای سنگ دانه ای

از میان روش¬های هیدرولیکی قانون دارسی به دلیل سادگی و تعداد کم پارامترهای مورد نیاز همواره مورد توجه بوده است. قانون دارسی در بعضی موارد پاسخگوی شرایط محیط نبود. در محیط متخلخل درشتدانه به علت منافذ درشت و سرعت بالای جریان، عدد رینولدز زیاد شده و قانون دارسی جوابگوی این قبیل محیط¬ها نیست. هر مولفه¬ی سرعت یک رابطه غیر خطی با گرادیان هیدرولیکی مربوط به خود را داراست و چون گرادیان هیدرولیکی تابعی از اختلاف پتاسیل بین دو نقطه است نهایتاً یک معادله غیر¬خطی بر حسب مقادیر پتاسیل در نقاط مختلف بدست می¬آمد که راه¬حل تحلیلی نداشت . جهت تخمین ضرایب هیدرودینامیکی محیط متخلخل از روش¬¬های بهینه¬سازی استفاده شد. از میان انواع روش¬های بهینه¬سازی روش رقابت استعماری (ica? یک روش مناسب جهت بهینه¬سازی است. روش رقابت استعماری قابل تعمیم برای متغیر های بیشتر می باشد . دقت و توانایی بالا جهت بهینه سازی در زمان کوتاه از جمله قابلیت¬های روش رقابت استعماری است. در این تحقیق روش رقابت استعماری جهت تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی محیط متخلخل استفاده گردید و بدین منظور دستگاهی آزمایشگاهی جهت اندازه¬گیری هد آبی در ارتفاع های مشخص، تهیه شد. برای تخمین ضرایب هیدرودینامیکی در دو حالت بار ثابت و بار افتان داده¬ها اندازه¬گیری شدند. در بار ثابت جهت ایجاد دقت بالا از 3 نوع سنگدانه و 4 نوع دبی در هر سنگدانه استفاده گردید. همچنین به منظور ارزیابی کارایی الگوریتم از ضریب مجموع باقیمانده، درصد خطای برآورد، ضریب تعیین و شاخص نش¬- ساتکلیف استفاده شد. برای اعتبار سنجی نتایج ابتدا میانگین پارامترهای بهینه در جداول در 75% حالت محاسبه شده و سپس با استفاده از این مقادیر، 25% حالات باقی مانده را محاسبه نموده و با مقادیر بهینه¬ی آن مقایسه گردید که حاکی از انطباق خوب داده های مشاهداتی و محاسباتی بود . با توجه به داده¬های بدست آمده در هر سنگدانه به ازای دبی کمتر نتایج داده¬های محاسباتی به داده¬های مشاهداتی نزدیکتر بود . مقادیر? در تمامی سنگدانه ها بین0.4 و0.5 بود که با توجه به محیط متخلخل درشتدانه و وقوع جریان غیردارسی در دستگاه آزمایشگاهی، منطبق بر واقعیت بود . میزان ? بین 0.2 تا0.9 متغیر بود ، هرچه قطر متوسط سنگدانه افزایش یافت، میزان ? کاهش می¬یافت و نیز در سه نوع سنگدانه با افزایش دبی، ? افزایش یافت. ضریب مجموع باقیمانده crm در نتایج بین 0.0999 و0.009- متغیر بود. در ارتفاع کمتر هد آبی، شاخص آماری مذکور به مقدار صفرکه حالت انطباق کامل داده¬های محاسباتی با داده¬های مشاهداتی است، نزدیکتر می¬شد و در بالغ بر 95% داده¬ها به علت مثبت بودن? crm، اندازه¬ی داده¬های مشاهداتی نسبت به داده¬های محاسباتی بیشتر می بود. ضریب تعیین r2 بین0.96 تا 0.999متغیربود. در هد آبی کم این ضریب به 0.999 نزدیکتر بود. درصد خطای برآورد ?peاز دیگر شاخص¬های مورد استفاده می¬بود که با کاهش دبی و هد آبی،pe عدد کمتری را نشان می¬داد که نشانگر انطباق بهتر می¬بود.ns شاخص نش- ساتکلیف آخرین شاخصی بود که در این تحقیق استفاده قرار گرفت و همه مقادیر بدست آمده در مرز1-0.9 قرار گرفته بود. با توجه به اعتبارسنجی و شاخص¬های آماری روش بهینه¬سازی رقابت استعماری توانایی بالایی در تخمین ضرایب هیدرودینامیکی در بار ثابت داشت البته این انطباق در هدآبی و دبی کم بیشتر بود. همچنین در بررسی ضریب ?، هرچه میزان هد آبی افزایش می¬یافت ضریب ? نیز تغییر ناچیزی می¬کرد و بیشتر می¬شد. و این سیر در تمامی جداول بهینه پارامترهای جریان غیردارسی سنگدانه به چشم می¬خورد و هائز اهمیت می¬بود. روش بهینه¬سازی رقابت استعماری در تخمین ضرایب هیدرودینامیکی محیط متخلخل با بار افتان از دقت کمی برخوردار بود و قادر به تخمین این ضرایب نبود.