از جمله مسایلی که همواره در سیستم انتقال آب به صورت ثقلی به وجود میآید ، وجود انحناء در مسیر کانال است. در اثر عبور جریان از قوس موجود در کانال باز، سطح آب و الگوی جریان نسبت به کانال مستقیم ، دچار تغییر گردیده ، جریانهای ثانویه و مارپیچی شدت می گیرند تا جائیکه الگوی جریان کانال پایین دست نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. در این تحقیق ابتدا با بررسی مطالعات پیشینیان ، فلوم آزمایشگاهی طراحی و ساخته شد و در آن هندسه قوس از نوع تند انتخاب گردید . سپس با انجام آزمایشهای فراوان، صحت سنجی مدل آزمایشگاهی و کنترل همگنی داده ها و عدم وجود خطاهای سیستماتیک مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از ساخت مدل آزمایشگاهی، تاثیر انحناء در تغییرات سطح آب و الگوی جریان در قوس مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای اولین بار، تاثیر دیوارهای میانی غیر مستغرق در الگوی جریان دخالت داده شد. برای سه زاویه انحناء 30 ، 60 و 90 درجه، چهار حالت قوس بدون دیوار میانی، با یک دیوار میانی محوری، با دیوار محوری امتداد یافته در کانال بالادست و پایین دست و قوس با دو دیوار میانی، مورد تحلیل آزمایشگاهی قرار گرفت. برای حالت قوس بدون دیوار، تغییرات غیر خطی سطح آب به دلیل تند بودن قوس مشاهده گردید و رابطه جدیدی جهت محاسبه این تغییرات ارایه شد . بررسی ها نشان می دهد که در سرتاسر مقاطع داخل قوس بجز نواحی پایانی، سرعت جریان در مجاورت دیوار داخلی افزایش و در مجاورت دیوار خارجی کاهش یافته و در پایان قوس، سرعت جریان در کنار دیوار داخلی به شدت کاهش مییابد بنحوی که در فاصلهای به اندازه عرض کانال در کانال پایاب، بیشترین کاهش سرعت جریان به وجود می آید. در این تحقیق کارآیی ، دیوارهای میانی در کاهش تغییرات عرضی عمق جریان، بسیار موفقیت آمیز بوده و کاهش سرعت در پس از قوس نیز به صورت محسوس متعادل می شود. همچنین در اثر امتداد یافتگی دیوار، سرعت های افزایش یافته درون قوس در مجاورت دیوار داخلی و کاهش یافته مجاورت دیوار خارجی ، متعادل می شود. این دیوارها در کانال مستقیم پایاب، مکان سرعت حداکثر را از مجاورت دیوار خارجی به محور کانال منتقل می دهند. در این بررسی مشخص شد که توزیع لگاریتمی سرعت برای نواحی درون خم مناسب نبوده و در کانال مستقیم بالادست ، الگوی سرعت از ترازهای نزدیک به کف کانال و در نواحی کاهش سرعت تمایل به جدایی، از تراز فوقانی و نزدیک به سطح آب ، تحت تاثیر قوس قرار می گیرد. در ادامه با استفاده از مدل عددی، ضمن صحت سنجی مدل و تطابق بسیار بالای نتایج عددی و آزمایشگاهی ، بهترین طول امتداد یافتگی برای هر سه خم مشروحه تعیین گردید. با توسعه مدل عددی حالت خاص از دیوار میانی که به صورت غیر متقارن نصب می شود بررسی و تاثیر آن در الگوی جریان بررسی شد. جهت بررسی رفتار دیوار ها خم ناگهانی متشکل از دو تغییر جهت 45 درجه مطالعه شد و معلوم شد که دیوار محوری امتداد یافته جریانهای برگشتی میانه خم و کانال پایاب را کاهش داده و تغییرات سطح آب درون خم را می کاهد.

شکل گیری و بسط روشهای نوین عددی، گسترش استفاده از این تکنیک را در تقریبا تمامی شاخه های مهندسی فراهم آورده است. امروزه حصول نتایج عددی دقیق در حل مسائل هیدرولیکی و رودخانه ای و بخصوص در شبیه سازی پدیده شکست سد، به یکی از موضوعات مورد علاقه محققین تبدیل شده است. در این پایان نامه، سیستم معادلات سنت-ونانت دو بعدی به روش المان محدود تقریب سازی عددی و حل شده است. رویه ی بکار گرفته شده در چهارچوب روش تیلور-گالرکین بوده و با یک روش محدود کننده ی شار؛ که خود دارای ویژگی های مربوط به کاهش تغییرات کل است و معمولا جهت حذف یا کاهش نوسانات مصنوعی نزدیک تغییرات ناگهانی شرایط اولیه مساله مورد استفاده قرار می گیرد، ادغام و فرمولسازی شده است. علیرغم اهمیت فزاینده ی این موضوع در روشهای عددی، تحقیقات قابل توجهی در استفاده از این روش در حل مسائل انجام نگرفته است. در این پژوهش، کارایی معادلات سنت-ونانت و قابلیت مدل ارائه شده جهت شبیه سازی انتشار امواج حاصل از جریان شکست سد در دامنه های محاسباتی یک و دو بعدی و با صرف نظر از اثرات توپوگرافی آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. جهت انجام این کار، معادلات سنت-ونانت از معادلات پایه ای آن استخراج شده و ماهیت عددی آن بر حسب مقادیر و بردارهای ویژه معادلات دیفرانسیل بیان شده است. رویه ی مذکور به عنوان روش حل تقریبی معادلات حاکم مساله؛ جهت شبیه سازی پدیده ی شکست سد در دو حالت یک و دو بعدی برگزیده شده و سپس بر اساس مطالعه ی محققین دیگر و نتایج عددی و تحلیلی منتشر شده، اعتبار عددی مدل به چالش کشیده می شود. با بررسی نتایج مشاهده شد که مطابقت قابل قبولی بین جواب های بدست آمده وجود دارد و خود حاکی از آن است که مدل عددی ارائه شده قادر به تسخیره و نمایش ویژگی های برجسته ی جریان های حاصل از شکست سد می باشد. جهت واسنجی بیشتر کاربرد سیستم معادلات سنت-ونانت و رویه ی استفاده شده جهت حل آن، جواب حاصل از آزمون شکست سد دایروی این مدل با نتایج حاصل از مدلسازی انجام شده توسط یک نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی؛ که از روش حجم محدود جهت حل معادلات سه بعدی ناویر-استوکس و معادله پیوستگی استفاده می کند، مقایسه شده است.

امروزه صفحات مشبک کاربرد وسیعی در کانالهای باز داشته و نقش عمده ای را تحت عنوان فیلتر یا مستهلک کننده انرژی ایفا می کند. با این وجود، تحقیقات جامعی در مورد این ابنیه هیدرولیکی صورت نگرفته است و این در حالی است که می تواند در حوضچه های آرامش و یا دراپ ها مورد استفاده قرار گیرد. مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که صفحات مشبک با نسبت روزنه مشخص، می تواند به عنوان مستهلک کننده ی انرژی موثر، در پایین دست سازه های هیدرولیکی کوچک مورد استفاده قرار گیرد. در این بررسی رفتار صفحات مشبک در مواجهه با جریان فوق بحرانی شبیه سازی شده در بازه ی عدد فرود 5/2 تا 5/8، مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفته است. عدد فرود جریان فوق بحرانی، آرایش مختلف صفحات نسبت به یکدیگر و تعداد صفحات مشبک و نسبت روزنه از پارامترهای اصلی معرفی شده است. صفحات مشبک از طریق صفحاتی از جنس پلی اتیلن و به ضخامت 1 سانتی متر ساخته و نسبت روزنه ی 40 و 50 درصد توسط روزنه های دایروی به قطر 1 سانتی متر ایجاد شده است. آرایش منفرد و دوبل با فاصله ی میانی 1، 3 و 5 سانتی متر مورد بررسی قرار گرفته است. ذکر این مسئله حائز اهمیت است که افت انرژی ناشی از صفحات مشبک در پرش هیدرولیکی مستغرق در بازه عدد فرود ذکر شده، کمتر مورد توجه محققین پیشین بوده است. برخلاف مطالعات پیشین که از گیج نقطه ای برای اندازه گیری اعماق جریان استفاده شده، در این بررسی اندازه گیری اعماق جریان به منظور درک تلاطم های موجود، به ویژه در حالت پرش مستغرق، توسط دستگاه ارتفاع سنج دیجیتالی صورت گرفته است. همچنین استهلاک انرژی ناشی از صفحات مشبک توسط گیج نقطه ای نیز محاسبه شده و از نتایج دستگاه اندازه گیری دیجیتالی، جهت صحت سنجی روش های محاسبه استهلاک انرژی در مطالعات پیشین، استفاده شده است. نتایج بررسی نشان می دهد که صفحات مشبک افت انرژی بیشتری نسبت به پرش هیدرولیکی آزاد ایجاد می کند. همچنین آرایش دوبل صفحات، عملکرد بهتری نسبت به آرایش منفرد داشته درحالی که فاصله ی میانی بین صفحات تأثیری بر میزان افت انرژی ندارد. همچنین در بررسی رفتارهای حاصل از برخورد جریان فوق بحرانی با صفحات مشبک سه حالت مختلف در نوع پرش هیدرولیکی مشاهده شد که افت انرژی ناشی از پرش هیدرولیکی تحمیلی نسبت به سایر حالات، بیشتر ارزیابی شده است.

مهم ترین مشخصه جریان آب های کم عمق آن است که ابعاد قائم جریان، نسبت به طول و عرض آن بسیار کوچک بوده و جریان تقریباً افقی فرض می شود لذا می توان توزیع فشار را هیدرواستاتیک در نظر گرفت و یا از مولفه سرعت در جهت قائم صرفه نظر نمود. این گونه فرضیات منجر به ساده سازی قابل ملاحظه ای در فرمول سازی و حل معادلات می گردد. مهم ترین کاربرد جریان آب های کم عمق موارد زیر می باشد: جریان های جوی، امواج طوفان، جریان در اطراف سازه ها، شکست سد، سونامی، جریان های دریاچه ای و رودخانه ای، پخش سیلاب و.... . در حل عددی معادلات جریان آب های کم عمق، عموماً از روش های تفاضل محدود یا حجم محدود استفاده می شود. ورود روش های اجزاء محدود و روش های هیبریدی به حوزه مسائل هیدرودینامیکی با توجه به قابلیت های بالای این روش در مدل سازی هندسه های نامنظم موجب گردید که توجه علاقه مندان به معادلات جریان آب های کم عمق بیشتر گردد. در تحقیق پیش رو، کاربرد مدل اجزاء محدود با المان دو گرهی خطی استفاده گردید که خطا و ناپایداری عددی بسیار زیادی در این المان مشاهده شد و بنابراین معادلات شکست سد در حالت یک بعدی با المان های سه، چهار، پنج، شش، هفت و هشت گرهی گسسته سازی شد و برای اولین بار این اجزاء غیر خطی با تعداد گره بالا (گسسته سازی معادلات حاکم تا المان های با بیست گره) در مدل سازی شکست سد توسعه داده شد. بدین منظور ابتدا معادلات حاکم بر پدیده شکست سد (اندازه حرکت و پیوستگی) استخراج گردیده و فرضیات حاکم و انواع شرایط مرزی تشریح می گردد. در مرحله بعد جداسازی مکانی معادلات به روش عددی اجزاء محدود و بر مبنای گسسته سازی ریلی ریتز صورت گرفته و جدا سازی زمانی به روش ضمنی صورت پذیرفت. در ادامه صحت سنجی مسئله حل تحلیلی جریان های غیر دائمی در رودخانه با مدل عددی حاضر مقایسه شده و با توجه به معیار "مجذور متوسط مربعات خطا" صحت سنجی مدل برآورد گردید. در این تحقیق برای کلیه مدل های عددی به زبان برنامه نویسی ویژوال بیسیک و به صورت یک نرم افزار کد نویسی شده است و در مسائل مربوط به جریان در کانال های باز مانند پدیده شکست سد جهت بررسی امکان غرق شدن مناطق مسکونی اطراف رودخانه و یا تخریب زمین های کشاورزی و غیره به جای استفاده از مدل های آزمایشگاهی که وقت و هزینه زیادی لازم دارند می توان از این نرم افزار استفاده نمود. در نهایت مشاهده شد المان های سه گرهی به بالا اگر چه زمان تحلیل را افزایش می دهد اما ناپایداری ها و نوساناتی که در پاسخ حل معادلات در استفاده از مدل های خطی به وجود می آید حذف می گردد. در نهایت مدل عددی برای پهنه بندی عبور سیلاب ناشی از شکست سد ارداک به کار گرفته شد.

تقاطع های کانال باز از اجزای جدایی ناپذیر و مهم در رودخانه ها و مهندسی هیدرولیک هستند. ساختار جریان در آنها تاثیرات زیادی بر روی نتایج اندازه گیری، انتقال رسوب و پخش آلودگی در تقاطع دارند. پدیده های محلی هیدرولیکی در نزدیکی تقاطع کانال ها، به سبب تاثیر در شرایط جریان کانالهای بالادست از لحاظ طراحی اهمیت زیادی دارند. سطح آزاد، توزیع سرعت و تنش برشی در آنها بطور طبیعی سه بعدی می باشد. توزیع کمیت های دیگر از قبیل پخش و ضرائب پراکنش و همه فرایندهای انتقال سه بعدی هستند. این پایان نامه، یک مطالعه کاراکتری تفصیلی بر پایه مقایسه با داده های آزمایشگاهی را ارائه کرده و با بررسی جریان در تقاطع کانال های باز به سوال هایی که در مطالعات انجام گرفته مطرح هستند، پاسخ می دهد. در این پژوهش الگوی جریان در تقاطع کانال باز با زاویه انشعاب 90 درجه و با استفاده از بسته نرم افزاری? ansys - cfx? در حالت سه بعدی هم ?بصورت دو فازی (هوا و آب) و هم یک فازی (آب) شبیهسازی و جهت صحت سنجی شبیهسازی عددی از نتایج آزمایشگاهی استفاده شده? است. در ادامه الگوی جریان و پروفیلهای سرعت در طیف وسیعی شامل مقایسه نتایج یک فاز و دو فاز انتخاب مش مناسب، اثر نسبت دبی (نسبت دبی بالادست به دبی پایین دست)، اثر عدد فرود، اثر عمق پایین دست بررسی مقایسه شده است. نمودارها و جداول این پژوهش به منظور تحلیل تغییرات سطح آب، میدان سرعت، و ابعاد ناحیه جداشده در مهندسی هیدرولیک و طراحی سازه های هیدرولیکی کاربرد دارد. نتایج عددی با داده های آزمایشگاهی مقایسه و تطابق بالایی را نشان داده اند. اهداف اصلی این مقاله عبارتند از 1) توصیف الگوی جریان در تقاطع های کانال باز، 2) بررسی اثرات پارامترهای هیدرولیکی روی میدان سرعت و عمق جریان، و 3) مطالعه اثر پارامترهای هیدرولیکی روی ناحیه جداشده در تقاطع ها.

سرریز های جانبی یکی از سازه های هیدرولیکی کاربردی و مهم در سیستم های کنترل و هدایت آب هستند. این سازه در دیواره کانال اصلی احداث شده و هنگامی که سطح آب در کانال بالاتر از تاج سرریز قرار می گیرد، قسمتی از جریان توسط آن به خارج از کانال هدایت می گردد. سرریز های جانبی در انحراف آب اضافی در سیستم های جمع آوری فاضلاب شهری، همچنین در کنترل و پخش سیلاب و به عنوان سازه اضطراری در تأسیسات هیدرولیکی بزرگ چون سدها و شبکه های آبیاری و زهکشی به کار برده می شود. یکی از نکات مهم در طراحی این نوع سازه هیدرولیکی اینست که سطح آب در مخزن یا کانال اصلی حتی در زمان عبور دبی بیشینه از سرریز جانبی تحت تاثیر جریان کانال جانبی قرار نگیرد و ضریب تخلیه سرریز تغییر نکند. در نتیجه باید خصوصیات جریان عبوری از سرریز جانبی به طور موشکافانه و دقیقی مورد بررسی قرار گیرد که این سازه در عمل بیشترین کارایی را از خود نشان دهد. در تحقیق حاضر جهت رسیدن به درک روشنی از فیزیک حاکم بر میدان جریان عبوری از سرریز جانبی لبه تیز با استفاده از نرم افزار فلوئنت نسخه 26/03/ 6 ، روش vof و مدل آشفتگی rsm، میدان جریان در مسیر مستقیم همراه با سرریز جانبی شبیه سازی عددی و با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی انجام شده توسط سابراماینا و آوستی و هاگر نتایج حاصل از حل عددی صحت سنجی شده است. مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی با نتایج آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت مدل عددی در شبیه سازی الگوی سه بعدی جریان روی سرریزهای جانبی می باشد. در ادامه، خصوصیات جریان مانند خطوط جریان در تراز های مختلف، توزیع تنش برشی، توزیع بردار های سرعت، روند تغییرات جریان ثانویه و تغییرات تراز سطح آب تحت نسبت های آبگذری مختلف مورد بررسی و تحلیل دقیق قرار گرفته است. پس از شناخت کامل الگوی جریان در کانال مستقیم همراه با سرریز جانبی، اثر شبیه سازی سطح آزاد در پیش بینی الگوی جریان مطالعه شده است. به این منظور الگوی جریان پیش بینی شده توسط دو روشvof و سطح صلب مورد مقایسه قرار گرفت. بررسی های انجام شده حاکی از آن است که روش سطح صلب در حالیکه از دقت کمتری نسبت به روش vof برخوردار است اما هزینه های محاسباتی را بسیار کاهش می دهد. همچنین در نسبت آبگیری پایین، تفاوت دو روش مزبور در پیش بینی مکانیزم های جریان که در نزدیکی سطح آب رخ می دهد، بسیار چشمگیر بوده در حالیکه این اختلاف در نسبت های آبگیری بالا کمتر است. در بخش آخر این تحقیق تاثیر پارامتر های هندسی و هیدرولیکی مانند طول، ارتفاع تاج سرریز و عدد فرود بالا دست بر الگوی جریان بررسی شده است. بررسی نتایج حاصله از این مطالعه پارامتریک حاکی از آن است که با انتخاب مناسب ارتفاع تاج و طول سرریز می توان از رسوب گذاری احتمالی در کانال اصلی که منجر به تنگ شدگی مقطع کانال می گردد، جلوگیری نمود و عملیات آبرسانی را با بیشترین راندمان انجام داد.

ازجمله مسائلی که در سیستم های انتقال آب بوجود می آید، وجود انحناء می باشد لذا وجود قوس در کانال ها امری اجتناب ناپذیر می باشد. خاصیت جریان درون خم ها سه بعدی بوده و می تواند تغییرات متعددی از نقطه نظر هیدرولیکی بوجود آورد. از جمل? این تغییرات، تغییر در سرعت، سطح آب، فرسایش و رسوب و همچنین ظهور جریان های ثانویه و حلزونی می باشد. در یک تقسیم بندی صورت گرفته، خم ها در دو دست? تند و ملایم قرار می گیرند که مخاطرات ذکر شده در اثر عبور جریان در خم های تند شدیدتر می باشد. از همین رو مراجع مختلف در تعیین هندس? قوس حداقل شعاع انحناهای بزرگی را برای کاهش این آثار پیشنهاد می نمایند، که رعایت آن ها به جهت وجود توپوگرافی پیچیده و یا مسائل اقتصادی همیشه امکان پذیر نیست. شکل واقعی رودخانه ها در بسترهای آبرفتی به علت فرسایش کناره ها و بستر پیچیده و متغییر است، از آن جمله تغییر سطح مقطع و تغییر شعاع انحناء می باشد. در این پژوهش به بررسی تغییرات متوالی شعاع انحناء در خم 120 درجه پرداخته می شود، که می تواند در نتیج? شرایط طبیعی و عوامل توپوگرافی بوجود آمده و یا عمداً همان گونه که در راهسازی از قوس های مرکب و کلوتئیدی استفاده می شود، این تغییر و در جهت کاهش اغتشاشات و آثار سوء خم تند بوجود آمده باشد. نوع تحقیق استفاده از مدل سازی عددی بوده که مبتنی بر نرم افزار فلوئنت می باشد. ابتدا مدل عددی با داده های آزمایشگاهی که مربوط به یک خم تند 90 درجه و یک خم ملایم 180 درجه می باشد، مقایسه و صحت سنجی شد و کارایی مدل عددی در پیش بینی مکانیزم های جریان مورد تأیید قرار گرفت. پس از آن به بررسی خم های متعدد با شعاع انحناهای ترکیبی مختلف (خم مرکب) پرداخته شد. بررسی نتایج حاکی از تغییر الگو و تعدیل در مقادیر سرعت، سطح آب، تنش برشی و جریان ثانویه می باشد که در اثر ترکیب دو رفتار متفاوت خم های تند و ملایم می باشد. بطوریکه خم-(های) ملایم قادر خواهند بود مقادیر پارامترهای ذکر شده در خم(های) تند موجود در خم مرکب را تا حدودی تعدیل دهند.

سرعت یکی از اساسی ترین متغیرها از جریان کانال باز است و تغییرات آن درمقابل یک مقطع توسط توزیع پروفیل سرعت توصیف می شود و به عنوان یک پارامتر کلیدی برای تعیین مشخصات جریان مانند سرعت متوسط و ماکزیمم دبی، توزیع تنش برشی، رسوبگذاری، فرسایش، تلفات هد، ضریب انرژی و ضریب مومنتوم موردنیاز است. در کانال هایی با نسبت عرض به عمق کمتر از پنج سرعت ماکزیمم در پایینتر از سطح آزاد آب رخ می دهد، چنین کانال هایی را کانال های تنگ می نامند. در کانال های تنگ تاثیر شرایط غیر ایزوتروپی آشفتگی حائز اهمیت بوده و جریانهای ثانویه تیپ دو پرانتل در مقطع وجود دارد. لذا قوانین توزیع سرعت لگاریتمی و اصلاحات پس از آن توانایی ارائه پروفیل سرعت در چنین کانال هایی را دارا نبودند. در حقیقت یک حرکت ثانویه ضعیف در مقطع عرضی و انتقال مومنتوم ناشی از آن از طرف دیواره های کناری کانال به سمت مرکز کانال سبب می شود ماکزیمم سرعت طولی در پایین تر از سطح آزاد آب اتفاق افتد. علاوه بر این دبی طی دوره سیلاب، دارای اطلاعات بسیار مهم ضروری برای کنترل سیلاب و طراحی مدیریت منابع آب است. به واسطه سرعت های سیلاب شدید، دبی سیلاب معمولا نمی تواند به طور موثر ومفید با روش های رایج اندازه گیری شود. هدف از این تحقیق، توسعه روش موثر برای برآورد توزیع سرعت و دبی در کانال های رو باز تنگ با استفاده از مفهوم آنتروپی تسالیس است. این پایان نامه به کاربرد تئوری آنتروپی و نشان دادن توانایی آن در پیش بینی توزیع سرعت و دبی در کانالهای روباز اشاره می کند. صحت سنجی روش توسعه یافته و معادله توزیع سرعت و دبی توسط مقایسه نتایج برآورد شده با مقادیر اندازه گیری شده در ایستگاه های کانال های تنگ واقعی و ایستگاه های اندازه گیری شده رودخانه انجام شده است. در این پایان نامه روشی برای محاسبه توزیع سرعت و برآورد دبی در کانالهای روباز عریض و تنگ با استفاده از مفهوم آنتروپی تسالیس توسعه یافته و آنتروپی تسالیس به داده های سرعت بدست آمده در کانالهای روباز واقعی اعمال شده است. معادلات توزیع دو بعدی در یک مقطع عرضی مفروض با کاربرد آنتروپی تسالیس استخراج شده و سرعت های برآورد شده با داده های کانال های روباز تنگ بررسی گردیده است. در بخش بعدی پایان نامه بحث درباره موقعیت سرعت ماکزیمم در کانال ها و رودخانه ها و رابطه بین سرعت ماکزیمم و سرعت متوسط و سپس محاسبه دبی و بررسی آن با داده های آزمایشگاهی و میدانی در کانال ها و رودخانه ها انجام شده است. رابطه آنتروپی تسالیس نسبت به ضرایب انرژی و مومنتوم حاصل شده است. و درنهایت توزیع سرعت برمبنای آنتروپی تسالیس با مدل های توزیع سرعت لگاریتمی، کولز، سارما، یانگ، چیو، بنکداری، ابسی و احدی مقایسه شده است.

کلید مدیریت موفق شبکه های فاضلاب فهم دقیق مقدار جریان است. جریان سنج های اکوستیک داپلر ابزار معمول اندازه گیری استفاده شده در هیدرولوژی شهری است. متاسفانه، اندازه گیری مقدار جریان در فاضلاب اغلب گران، نیازمند نیروی انسانی زیاد و محدودیت عملکرد تکنولوژی موجود ممکن است به نتایج نادرست منجر گردد. دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) می تواند ابزار مناسبی برای اندازه گیری دقیق تر و بهتر دبی باشد. یک روش جدید اندازه گیری جریان، بر اساس استفاده از نرم افزار (cfd) است، که دقت اندازه گیری دبی جریان در کانال باز و لوله ها را حتی در شرایط هیدرولیکی پیچیده بالا می برد. در این پایان نامه، در قدم اول، یکی از روش های کاربردی (cfd)، برای محاسبه ضریب کالیبراسیون، برای بدست آوردن سرعت متوسط در سنسورهای التراسونیک داپلر مختلف که بایستی به مقدار سرعت اندازه گیری شده اعمال شود ارائه شده است. ضریب کالیبراسیون سنسورهای داپلر به پارامترهای مختلفی مانند، هندسه کانال، موقعیت قرارگیری سنسور، نوع سنسور، شرایط هیدرولیکی و در مقیاس کوچکتر به عدد رینولدز و زبری دیواره بستگی دارد. در این مطالعه به تعیین تئوریک اندازه گیری های انجام شده به وسیله سنسور بر اساس موقعیت قرارگیری آن در کانال و مشخصات خاص سنسور پرداخته شده است. انتخاب مقطع مناسب برای انجام اندازه گیری مقدار جریان بسیار مهم است. علاوه بر این، کارایی ابزارهای موجود به شرایط هیدرولیکی وابسته است. انحراف مسیر کانال در شبکه های فاضلاب به طور معمول استفاده می شود. انحراف باعث ایجاد تغییر قابل ملاحظه ای در توزیع سرعت محوری می شود. الگوی جریان پس از انحراف، تاثیرات زیادی بر روی نتایج حاصل از اندازه گیری دبی به وسیله سنسورهای سرعت دارد. در این مطالعه، شبیه سازی سه بعدی کانال انحراف دار با استفاده از نرم افزار ansys cfx، انجام شده و الگوی جریان پس از انحراف مورد بررسی قرار گرفت. پژوهش حاضر با اهداف زیر انجام شده است: الف) تعیین ضریب کالیبراسیون برای انواع مختلف سنسورها و موقعیت قرار گیری آنها، ب) ارائه الگوی اجرایی در زمینه انتخاب نوع و محل قرار گیری سنسورها در مقطع، پ) مطالعه تأثیر زاویه انحراف و عمق آب در اندازه گیری سرعت متوسط پس از انحراف مسیر کانال، ث) بررسی تأثیر زاویه انحراف در طول توسعه یافتگی جریان پس از انحراف، ج) بدست آوردن فرمولی برای محاسبه طول مناسب جهت نصب سنسور اندازه گیری سرعت پس از انحراف، به عنوان تابعی از عمق آب، د) مطالعه تأثیر نوع سنسور در ارائه نتایج پس از انحراف.

جریان عبوری از مجاری فاضلابرو اغلب دارای مواد جامد معلق است و اگر شرایط لازم به منظور انتقال رسوب مهیا نباشد، ته نشینی رسوب رخ می دهد که سبب مشکلات فراوانی در سیستم های فاضلاب می شود. روش های متفاوتی به منظور انتقال رسوب در فاضلاب ها ارائه شده است اما به دلیل عدم شناخت کافی از عوامل موثر بر انتقال رسوب، این روش ها در شرایط مختلف نتایج متفاوتی را ارائه می دهند. در این پایان نامه ابتدا روش های انتقال رسوب موجود در مجاری فاضلابرو که با استفاده از دو روش آنالیز ابعادی و روش نیمه تجربی برای هر دو حالت حد ته نشینی و بستر ته نشین شده، ارائه شده اند، بررسی شده است. سپس به منظور ارائه روش طراحی جهت تعیین سرعت حداقل مورد نیاز در مجاری فاضلابرو، روابط انتقال رسوب در حالت های بستر ته نشین شده و حد ته نشینی با استفاده از روش های مختلف ارائه می شود. در ادامه با استفاده از محاسبات نرم، عدد فرود مورد نیاز جهت انتقال رسوب، برآورد می شود. روش های استفاده شده شامل شبکه عصبی پرسپترون چند لایه، الگوریتم های تکاملی شامل الگوریتم ژنتیک، الگوریتم رقابت استعماری و الگوریتم اجتماع ذرات، سیستم های استنتاج فازی و برنامه-نویسی اصطلاحات ژنتیکی می باشد. در برآورد عدد فرود با استفاده از این روش ها، پارامترهای موثر بر انتقال رسوب در پنج گروه بی بعد مختلف موسوم به پارامترهای حرکت، انتقال، رسوب، شکل انتقال و مقاومت جریان دسته بندی شده است. در ادامه به منظور برآورد عدد فرود که عضو گروه پارامتر حرکت می باشد، اثر چهار گروه دیگر که هر یک شامل پارامترهای بی بعد مختلفی می باشند، مدل های شش گانه ای ارائه می شود و اثر هر یک از پارامترها بر دقت نتایج توسط روش های مختلف بررسی می شود. در نهایت با استفاده از عدد فرود برآورد شده به منظور کنترل مسائل ناشی از وجود رسوب در مجاری فاضلابرو، روشی به صورت مرحله به مرحله ارائه می شود. این روش تمام فاکتورهای موثر بر حرکت و ته نشینی رسوب و همچنین عملکرد هیدرولیکی رسوب را در نظر می گیرد.

چکیده تلاقی کانال¬های روباز، یکی از مهم¬ترین اجزای سازه¬های هیدرولیکی و سیستمهای رودخانهای بوده، مطالعهی آن در مهندسی هیدرولیک بسیار مهم است. بنابراین، هدف از این پایان¬نامه شبیه¬سازی الگوی جریان در تلاقی 90 درجه دو کانال روباز هم عرض می¬باشد. برای شبیه¬سازی سطح آزاد آب از روش حجم سیال و برای پیش¬بینی پارامترهای آشفتگی جریان از مدل آشفتگی rng k-ε استفاده شده است. در ابتدا، نتایج شبیه¬سازی عددی با اطلاعات آزمایشگاهی موجود مقایسه شد و تطابق قابل قبولی به دست آمد. پس از صحتسنجی، اثر تغییر خصوصیاتی مانند نسبت دبی، نسبت عرض پاییندست به بالادست کانال اصلی، ناهمواری بستر و زبری کف، بر هیدرولیک جریان بررسی شد. یکی از نقاط قوت این پایاننامه کاربرد مقاطع مرکب در تلاقی کانالهای روباز است که در مطالعات پیشین مورد بررسی قرار نگرفته بود. نتایج نشان دادند که جریان شاخه¬ی فرعی تأثیر مستقیمی بر ابعاد ناحیهی جدایی جریان، شدت جریانهای ثانویه و تنش برشی کف دارد. همچنین بررسیهای انجامشده بر روی تأثیر زبری بر هیدرولیک جریان نشان دادند که افزایش زبری کف کانال اصلی، ابعاد ناحیهی جدایی جریان و در نتیجه مقادیر سرعت در مجاورت کف را کاهش میدهد، درحالیکه در نمونه با زبری در کف کانال فرعی، ناحیهی جدایی بزرگتری تولید شده و سرعتهای جریان در مجاورت کف افزایش مییابند. با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی تلاقی کانال های غیر هم کف، مهمترین اثر ایجاد پله حذف کامل ناحیه¬ی جدایی در مجاورت کف کانال، به علت کاهش انحراف جریان کانال اصلی و انتقال آن از پای پله به سمت پاییندست تلاقی است. همچنین در شبیه سازی جریان تلاقی کانال های روباز مرکب، مشخص شد که طرز قرار¬گیری دشت سیلابی و کانال در الگوی جریان تلاقی کانالهای مرکب تأثیر زیادی دارد و بهتر است دشت سیلابی در گوشهی پایین¬دست محل اتصال دو کانال قرار گیرد. کلمات کلیدی: تلاقی کانالهای روباز، جریان آشفته، شبیهسازی عددی، نرمافزار فلوئنت، تلاقی کانالهای غیرهمکف، کانال های مرکب

رودخانه¬ها از دیرباز به عنوان یکی از اساسی¬ترین منابع تأمین آب، مورد توجه انسان بوده¬اند ؛ به¬طوری¬که تمدن¬های بزرگ بشری برای بهره¬گیری از نعمت آب در حاشیه رودخانه¬ها شکل گرفته¬اند و از این رو نقش حیاتی در زندگی بشر ایفا می¬کنند .جریان در رودخانه¬ها و مجاری باز در مسیر حرکت خود علاوه بر عبور از مسیر¬های مستقیم ناچار به گذر از مسیر¬هایی با انحناهای مختلف می¬باشد. با ورود جریان به قوس رودخانه¬ها، در اثر نیروی گریز از مرکز و اندرکنش آن با گرادیان¬های جانبی فشار ناشی از شیب جانبی سطح آب، جریانی تشکیل می¬شود که به جریان ثانویه موسوم است .در این جریان، آب در تراز بالاتر کانال به طرف قوس خارجی رانده می¬شود و در نزدیکی بستر به سمت قوس داخلی حرکت می¬کند. در اثر اندرکنش بین جریان-های ثانویه و عدم یکنواختی پروفیل سرعت در عمق، الگوی جریانی به نام جریان حلزونی تشکیل می¬شود که این الگوی جریان، باعث ایجاد آشفتگی شدید و توپوگرافی نامنظم می¬شود که باعث افزایش سرعت در قوس خارجی و در نتیجه موجب فرسایش آن و کاهش سرعت در جداره دخلی و در نتیجه رسوب¬گذاری در این منطقه می¬شود. یکی از راه¬های تثبیت ساحل خارجی قوس رودخانه¬ها استفاده از آبشکن می¬باشد. با بکارگیری آبشکن در این مسیر پیچیدگی رفتار جریان به دلیل ترکیب دو جریان اطراف آبشکن و جریان در قوس افزایش می¬یابد. بنابراین درک هیدرولیک جریان در قوس رودخانه¬ها با وجود آبشکن مورد مطالعه بسیاری از محققان می¬باشد و شبیه¬سازی جریان در کانال قوسی با حضور آبشکن به شناخت رفتار آن کمک فراوانی می¬کند .در این پایان¬نامه با استفاده ازنرم¬افزار fluent بصورت سه بعدی به شبیه¬سازی رفتار سه بعدی جریان اطراف آبشکن مستقر در نیمه قوس خارجی استفاده شده است. برای شبیه¬سازی سطح آزاد از روش حجم سیال و برای بستن معادلات ناویراستوکس از مدل k-? rng استفاده شده است. دراین تحقیق ابتدا الگوی جریان اطراف آبشکن مستقیم با دماغه صاف در قوس 90 درجه مورد بررسی قرار گرفت سپس با صحت سنجی نتایج عددی با داده¬های آزمایشگاهی آقای پناهپور و مطابقت خوب نتایج حاصل با هم در مرحله بعد به منظور تاثیر پارامتر ضخامت این نوع آبشکن بر الگوی جریان، شبیه¬سازی با پنج ضخامت متفاوت آبشکن انجام شد وشاهد کاهش طول ناحیه جدا¬شدگی و تنش برشی ماکزیمم بی¬بعد شده بستر در مقاطع مختلف قوس شدیم. همچنین برای شناخت رفتار جریان اطراف آبشکن ها با شکل هندسی دیگر دماغه تحت تأثیر ضخامت آبشکن ، شبیه¬سازی اطراف آبشکن¬های مستقیم دماغه گرد انجام گرفت که موید کاهش ابعاد ناحیه جدا¬شدگی، ناحیه سکون، تنش برشی ماکزیمم بی¬بعد شده و تقریبا کاهش سرعت ماکزیمم می¬باشد. با مقایسه نتایج حاصل، اثر شکل دماغه مشخص شد که نشانگر کاهش ابعاد ناحیه جداشدگی ،کاهش مقدار و حجم ناحیه با تنش برشی ماکزیمم، افزایش تراز سطح آب در محل استقرار و پایین¬دست آبشکن¬های دماغه گرد نسبت به دماغه صاف می¬باشد. همچنین اثر توام آنها بر رفتار جریان مشخص شد .در ادامه، اثر طول آبشکن با دو نوع شکل دماغه صاف و گرد انجام شد که شاهد افزایش ابعاد ناحیه جدایی جریان، افزایش تنش برشی ماکزیمم بی¬بعد شده با افزایش طول شدیم و در نهایت تأثیر توام شکل دماغه و طول آبشکن مشخص شد.

در این پایان نامه بررسی عددی الگوی جریان پیرامون آبشکن های نفوذپذیر در قوس ?? درجه انجام گرفته است. لذا ابتدا مدل عددی آبشکن نفوذناپذیر در قوس ?? درجه با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبیه سازی شده است. پس از مقایسه داده های عددی حاصل از شبیه سازی و داده های آزمایشگاهی آبشکن نفوذناپذیر در قوس ?? درجه، مدل مذکور صحت سنجی شده است و به توسعه مدل عددی پرداخته شده است. بررسی و مقایسه نتایج عددی و آزمایشگاهی حاکی از انطباق قابل قبول نتایج عددی دارد. در ادامه آبشکن های نفوذپذیر با درصدهای بازشدگی ??، ?? و ?? درصد، شبیه سازی شده و نتایج حاصل از هریک با یکدیگر مقایسه شده اند. سپس پارامترهایی ازجمله ابعاد (ضخامت و طول) آبشکن نفوذپذیر بررسی و در انتها نیز الگوی جریان پیرامون آبشکن های نفوذپذیر و نفوذناپذیر با-یکدیگر مقایسه شده است. با بررسی خطوط جریان پیرامون آبشکن های نفوذپذیر نشان داده شده است که با کاهش نفوذپذیری طول ناحیه جداشده ی تشکیل شده در پایین دست آبشکن بیشتر می شود. همچنین با مقایسه سرعت ها و تنش برشی بستر پیرامون آبشکن های نفوذپذیر نشان داده شده است که هرچفدر درصد نفوذپذیری آبشکن کمتر باشد، سرعت و نیز تنش برشی بستر در ساحل خارجی بیشتر کاهش می یابد، اما در عوض، در ساحل داخلی و در نزدیک دماغه آبشکن شاهد افزایش سرعت و تمرکز تنش هستیم. ضمن اینکه نتایج حاصل از بررسی تأثیر ضخامت آبشکن نشان داده است که با افزایش ضخامت طول ناحیه جداشدگی کاهش می یابد. همچنین با افزایش طول آبشکن نفوذپذیر طول بیشتری از ساحل خارجی قوس محافظت می شود. در انتها نیز با مقایسه الگوی جریان پیرامون آبشکن نفوذپذیر و نفوذناپذیر، نشان داده شده تنش برشی ماکزیمم در آبشکن نفوذناپذیر بیشتر بوده و در نزدیک دماغه آبشکن قرار دارد و با نفوذپذیر کردن آبشکن سبب از بین بردن گردابه ی ایجاد شده در پایین-دست آبشکن شده ایم. درنهایت نتایج حاصل از این پژوهش با مقایسه ی مدل های مختلف و تغییر پارامترهایی مثل درصد نفوذپذیری، ضخامت آبشکن و طول آبشکن نشان می دهد که آبشکن های نفوذپذیری که ضخامت آن بزرگ تر و طول آن نیز بیشتر است کارایی بیشتری دارند و هم جریان های برگشتی در پشت آبشکن حذف و هم تمرکز تنش های برشی در دماغه کاهش یافته و احتمال آبشستگی هنگامیکه بستر رودخانه متحرک باشد کاهش می یابد.

سرریز اوجی به دلیل راندمان بالای تخلیه از جمله پرکاربردترین سرریزها در طراحی سازه¬های هیدرولیکی می¬باشد. در این تحقیق تاثیر باکت پرتابی با زاویه برخاست¬های مختلف در انتهای سرریز اوجی و همچنین تاثیر زبری¬های مختلف در بستر سرریز بر میزان استهلاک انرژی و طول پرتابه بررسی شده است. در پژوهش حاضر از یک کانال به طول 5 متر، عرض 30 سانتیمتر و عمق 45 سانتیمتر استفاده شده است. پس از ساخت مدل¬های فیزیکی توسط دستگاه cnc، آزمایشات با 7 دبی¬ 330، 419، 508، 597، 659، 775 و 864 لیتر بر دقیقه برای سرریز بدون باکت (زاویه برخاست 0 درجه) و باکت با زاویه برخاست 32 و 52 درجه و زبری بستر با بلوک، مصالح سنگی با اندازه¬های مختلف (0/3، 0/8و 1/4سانتی¬متر) و پوشش گیاهی انجام شده است. نتایج آزمایشات نشان می¬دهد افزایش زاویه برخاست باکت در میزان افت نسبی انرژی تاثیر به¬سزایی دارد به طوری که تغییر زاویه از 0 درجه تا 52 درجه افزایش 18 درصدی افت نسبی انرژی را بوجود می¬¬آورد و همچنین طول پرتابه اندازه¬گیری شده برای باکت 32 درجه بیشتر از باکت 52 درجه شد.با ایجاد زبری¬های مختلف در بستر سرریز بدون باکت، میزان افت نسبی انرژی نسبت به سرریز با بستر صاف 18 درصد افزایش یافت و با افزایش زبری در بستر سرریز با باکت¬های 32 و 52 درجه این میزان نسبت به بستر صاف 1 تا 11 درصد افزایش و طول پرتابه 20 تا 75 درصد کاهش یافت. و در کل برای همه مدل¬ها، با افزایش دبی میزان افت نسبی انرژی کاهش و طول پرتابه افزایش یافت. همچنین برای تکمیل مطالعات آزمایشگاهی با شبیه سازی سرریز اوجی توسط نرم افزار flow-3d به بررسی الگوی جریان، میدان سرعت و فشار وارد بر بدنه سرریز پرداخته شد. که با افزایش زاویه برخاست باکت فشار وارد به بدنه سرریز افزایش یافت.

جریانهای چگالی ناشی از شوری که در اثر اختلاف میزان مواد محلول در دو سیال به وجود می¬آیند، در محل ورود آب رودخانه¬ها به دریاها و دریاچه¬ها حائز اهمیت می¬باشند. به لحاظ اهمیت شبیه سازی عددی در مطالعه¬ی این نوع از جریانها، در این تحقیق به مدلسازی عددی این جریانبا استفاده از نرم افزار فلوئنت 6.3 پرداخته شده است. در این نرم افزار از معادلات ناویراستوکس متوسط¬گیری شده¬ی رینولدز به همراه یکی از مدل¬های آشفتگی استفاده میشود. مدل¬های آشفتگی که در این تحقیق برای مدلسازی جریان چگالی مورد مطالعه قرار گرفته¬اند شامل مدل¬های استاندارد،rng وrealizable می¬باشند. همچنین در کنار بررسی اثر مدل¬های آشفتگی، اثر توابع مختلف نزدیک جداره شامل توابع جداره¬ی استاندارد، نامتعادل و روش مدلسازی نزدیک جداره بر اساس رویکرد جداره¬ی اصلاح ¬شده بر مدلهای آشفتگی و در نتیجه بر شبیه-سازی جریان چگالی مورد بررسی قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده مقدار تاثیر جدی بر نحوه¬ی شبیه¬سازی دارد. مقایسه¬ی بین نتایج بدست آمده از شبیه¬سازی عددی در تحقیق حاضر و نتایج آزمایشگاهی آزمایشات گربر(2008)، نشان داد که در شبیه¬سازی توزیع چگالی و سرعت، بهترین انطباق با مشاهدات آزمایشگاهی، مربوط به نتایج حاصل از مدل آشفتگی rng با استفاده از مدلسازی نزدیک جداره بر اساس رویکرد جداره¬ی اصلاح ¬شده می باشد.

در دهه اخیر شبیه سازی های عددی نقش مهمی در پیشبرد پژوهش های کاربردی در بسیاری از زمینه ها به خصوص بخش آب و مهندسی رودخانه وسازه های رودخانه ای داشته است. مخصوصا اینکه این روش ها صرفه جویی زیادی ازلحاظ اقتصادی و زمانی نسبت به روش های آزمایشگاهی دارند وهمچنین نتایج حاصله در این روش ها با واقعیت اختلاف کمی دارند. یکی از مسائل مهمی که نظرپژوهشگران را به خود جلب کرده است حفظ حریم رودخانه هاست، و می دانیم که تشکیل جریان های ثانویه در مسیرهای مستقیم مخصوصا قوس ها باعث حمله شدید به بستر،وکناره ی رودخانه ها و کانال ها می شود. حال برای جلوگیری ازاین پدیده، یکی ازروش ها استفاده از صفحات مستغرق می باشد که با کارگذاری این صفحات، می توان اثرات جریانهای ثانویه را خنثی کرد و در نتیجه آسیب های وارده را از بین می برد. اما مطالعات انجام شده بر روی صفحات مستغرق بیشتردرمسیرهای مستقیم انجام شده، درحالیکه کاربرد صفحات مستغرق بیشتر در مسیرهای قوسی ضروری است درنتیجه باید تحقیقات بیشتری درنحوه قرار گیری صفحات درمسیرهای قوسی انجام شود تا ابهاماتی که دراین زمینه وجود دارد پاسخ داده شود.پس می توان تحقیقات بسیار زیادی دراین زمینه ازلحاظ آزمایشگاهی،تئوریک وعددی روی این صفحات از لحاظ تعداد صفحات و زوایای مختلف صفحات نسبت به جهت جریان انجام داد. هدف از تحقیق حاضر ابتدا مطالعاتی روی کارهای آزمایشگاهی وتئوریک گذشته گان که در زمینه قوس و صفحات مستغرق انجام شده وسپس در جهت نو آوری هدف اصلی بررسی عددی اثرات صفحات مستغرق بر الگوی جریان در کانال با قوس 90 درجه می باشد که تا کنون مورد بررسی عددی وشبیه سازی قرار نگرفته است . سعی بر آن است که با استفاده از نرم افزارهای قدرتمند شبیه سازی جریان هیدرولیکی این مهم صورت بپذیرد .

چکیده ندارد.

بیشتر تحقیقات و مطالعات انجام گرفته بر روی قوس ها، مربوط به خم های ملایم است که درآن ها نسبت شعاع قوس (r) به عرض کانال (b)، بیشتر از 3 می باشد و در زمینه خم های تند تحقیقات قابل ملاحظه ای صورت نپذیرفته است در نتیجه لزوم بررسی بیشتر و کامل تر جریان در خم های تند و راهکارهای مقابله با پدیده های مشکل ساز آن احساس می شود بنابراین پایان نامه حاضر به بررسی این موضوع پرداخته است. تحقیقات حاضر شامل دو بخش مطالعات آزمایشگاهی و مدلسازی عددی می باشد که بر روی خم تند 90 درجه صورت پذیرفته است. مطالعات آزمایشگاهی بر روی سیستم ساخته شده توسط علی اکبر اختری در آزمایشگاه هیدرولیک دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد انجام پذیرفت و سرعت طولی در مقاطع و لایه های مختلف و همچنین عمق آب در طول کانال برداشت شده و تحلیل و نتیجه گیری بر روی داده های برداشتی صورت گرفت. جهت مقابله با مشکلات به وجود آمده در خم از روش نوین کارگذاری صفحات غیر مستغرق استفاده گردید. با توجه به مطالعات قبلی صورت گرفته روی این روش توسط اختری، احمدی و بهرامی، در پایان نامه حاضر صفحه غیر مستغرق، که درست در میانه عرض کانال و موازی با دیواره های کناری کار گذاشته شده، با طولی بیشتر از طول قوس، از 10 سانتی متر (معادل یک چهارم عرض کانال) قبل از قوس شروع شده و تا 10 سانتی متر بعد از انتهای قوس ادامه می یابد. جهت مدل سازی عددی نرم افزارهای گوناگونی تاکنون ارائه شده است که قابلیت های متفاوتی را شامل می شوند. یکی از تواناترین نرم افزارهای موجود در حال حاضر نرم افزار فلوئنت می باشد که بر پایه روش عددی احجام محدود بنا شده است. این برنامه طیف گسترده ای از جریان های سیالات از جمله جریان در کانال های باز را شامل شده و از تنوع مدل های آشفتگی فراوانی برخوردار می باشد. عملکرد این نرم افزار در مدل سازی دقیق جریان های ثانویه پیچیده تائید شده و تحسین برانگیز می باشد. در این تحقیق پس از برداشت، تنظیم و تحلیل نتایج آزمایشگاهی ابتدا سیستم آزمایشگاهی موجود در نرم افزار فلوئنت مدل گردید و نتایج حاصل از مدل سازی عددی در نرم افزار با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید که حاکی از دقت بسیار خوب این برنامه کامپیوتری در مدل کردن این نوع از جریان ها بود. با توجه به تحقیقات صورت گرفته در قبل، معادله آشفتگی برای مدل سازی انتخاب گردید . پس از اطمینان از عملکرد مطلوب نرم افزار، با توجه به تحلیل های صورت گرفته در مدل های قبلی، 3 مدل پیشنهادی جدید شامل قوس با دیواره میانی از زاویه 45 درجه تا 20 سانتی متر (معادل شعاع قوس) پس از قوس، مدل با دیواره میانی ازانتهای قوس تا 30 سانتی متر (معادل 1/5 برابر شعاع قوس) پس از آن و قوس با دیواره میانی نامتقارن (شروع دیواره میانی در ابتدای قوس از نزدیک دیواره خارجی تا انتهای قوس نزدیک دیواره داخلی) در برنامه فلوئنت مدل گردید و نتایج حاصل از آن بررسی شد. در نهایت مقایسه پارامترهای سرعت طولی، عمق آب و جریان ثانویه میان مدل های متفاوت آزمایش شده و شبیه سازی شده صورت گرفته و نتایج ارائه شد. پایان نامه حاضر شامل 10 فصل می باشد که مطالب مشروحه فوق فصل اول آن را تشکیل می دهد، فصل دوم شامل پیشینه راهکارهایی است که تاکنون برای مقابله با معضلات به وجود آمده در خم ها استفاده شده است و فصل سوم ساختار جریان ثانویه به خصوص در خم های تند را تشریح می نماید. فصل چهارم معادلات حاکم استفاده شده در جریان خم ها را بیان کرده و فصل پنجم روش عددی احجام محدود را که پایه کار نرم افزار فلوئنت می باشد، بازگو می نماید. با توجه به استفاده از نرم افزار فلوئنت در مدل سازی عددی، فصل ششم حاوی مطالبی درباره چگونگی کار و روش مدل سازی با این برنامه می باشد. مدل آزمایشگاهی مورد استفاده و نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی و تحلیل های صورت گرفته در فصل هفتم تشریح شده است. روند شبیه سازی عددی و صحت سنجی نرم افزار در فصل هشتم بیان گردیده است. فصل نهم مدل های عددی توسعه یافته را تشریح کرده و نتایج حاصل را ارائه می کند و در نهایت فصل دهم به جمع بندی بین مدلهای مختلف پرداخته و پیشنهاداتی را برای آیندگان ارائه می نماید. نتایج نشان می دهد که از میان مدل های آزمایشگاهی و عددی مطالعه شده، مدل قوس با دیواره نامتقارن بهترین عملکرد را در کاهش اثرات مخرب جریان در قوس های تند دارد. این مدل توانسته است سرعت نزدیک دیواره خارجی و سرعت جریان ثانویه پس از قوس را به میزان مطلوبی کاهش داده، بالاآمدگی آب در دیواره خارجی قوس را نه تنها به طور کامل از بین برده است بلکه باعث کاهش عمق آب نسبت به جریان نرمال نیز شده است.

با توجه به اهمیت موضوع و همچنین توجه به این نکته که بیشتر مطالعات صورت گرفته در خمها برای قوس ملایم بوده است ، تحقیق حاضر مطالعه بر روی ساختار جریان در قوس تند 90 درجه را هدف خود قرار داده و برای کنترل اثرات جریان ثانویه در آن از روشی نوین که براساس کارگذاری صفحات غیر مستغرق در خم می باشد، استفاده کرده است . مطالعات هم به صورت آزمایشگاهی و هم عددی با استفاده از نرم افزار fluent برای دو حالت قوس بدون دیواره میانی و با دیواره میانی در طول قوس در دودبی متفاوت صورت گرفته است . مطلب قابل اهمیت در مدلسازی عددی انتخاب مدل آشفتگی می باشد که در پایان نامه حاضر پس از بررسی تجارب گذشتگان در این زمینه چهار مدل مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته اند. پس از مقایسه نتایج آزمایشگاهی و عددی و حصول اطمینان از عملکرد مطلوب نرم افزار ، داده های مربوط به جریانهای ثانویه از مدلهای عددی برداشت شد. با توجه به اطلاعات بر داشتی از مطالعات آزمایشگاهی که شامل سرعت محوری و عمق آب در نقاط مختلف کانال می شود و همچنین خروجی های حاصل از نرم افزار ، مقایسه نتایج میان فاکتورهای سرعت محوری، میزان بربلندی و جریان ثانویه صورت پذیرفته است . با توجه به مطالب مشروحه فوق که فصل اول پایان نامه را تشکیل می دهد ، در فصل دوم به لزوم بررسی جریان در قوس و پیشینه تحقیقات در این زمینه پرداخته شده است .در فصل سوم معادلات حاکم در دو حالت جریان آرام و آشفته بیان گردیده است. فصل چهارم حاوی مطالبی درمورد مدلهای متفاوت آشفتگی می باشد و در فصل پنجم جهت آشنایی با نرم افزار fluent مطالبی ارائه شده است . تشریح مدل آزمایشگاهی مورد استفاده در فصل ششم گنجانده شده و در فصل هفتم مطالعات آزمایشگاهی و چگونگی انجام آن بیان گردیده است . روند شبیه سازی عددی فصل هشتم را تشکیل داده و در فصل نهم چگونگی انتخاب مدل آشفتگی و نتایج حاصل از آن بیان گردیده است .فصل دهم صحت سنجی داده های عددی حاصل از نرم افزار و تحلیل مدلهای عددی را در بر می گیرد . در نهایت فصل آخر به جمع بندی و نتیجه گیری نهایی حاصل از مقایسه بین حالتهای مختلف پرداخته و پیشنهاداتی را به آیندگان ارائه می دهد. نتایج نشان می دهد سرعت ماکزیمم در فاصله ای برابر با عرض کانال قبل از قوس متمایل به دیواره داخلی شده و از زاویه ای حدود 45 درجه شروع به حرکت به سمت دیواره خارجی کانال می نماید. همچنین شیب عرضی سطح آب در فاصله ای کمتر از عرض کانال قبل از قوس شروع شده و تا زاویه 45 درجه افزایش و پس از آن کاهش می یابد. ایجاد دیواره باعث انتقال سرعت ماکزیمم در پس از قوس از جداره خارجی به میانه کانال شده و سرعت جریان ثانویه را تا حدود 40% کاهش می دهد.

با بکارگیری تکنیک کنترل احتمالی (lqg) می توان عملکرد سیستم مخازن را تحت شرایط سیلاب بهینه نمود. اگر چه این روش برای تخمین عملکرد مخزن در درازمدت کارایی ندارد، ولیکن به کمک روش فوق می توان طی یک دوره کوتاه مدت ، رفتار سیتم مخازن را بررسی نمود. برای استفاده از این روش لازم است تا بهینه سازی در قالب یک تابع ارزش درجه دو همراه با معادلات سیستم خطی که به شکل فضای حالت در آمده اند، صورت پذیرد. روش کنترل احتمالی (lqg) یک روش سودمند و قابل انعطاف در حل مسائل بهینه سازی است . در این روش نیاز بر جداسازی معادلات فضای حالت و معادلات کنترل از یکدیگر نبوده و هر دو سیستم معادلات به همراه هم در تحلیل مسئله شرکت دارند. این روش برای مسائل بهینه سازی با ابعاد بزرگ نیز قابل اجرا می باشد. تبدیل معادلات سیستم به شکل فضای حالت سبب تسهیل در تحلیل این مسائل به کمک کامپیوتر شده است . همچنین با بکارگیری این معادلات و استفاده از فیلتر کالمن می توان رفتار آینده سیستم را پیشگوئی نمود. در این رساله کاربرد روش (lqg) در تحلیل سیتم مخازن منطقه ارداک استان خراسان آورده شده است . ابتدا سیستم هیدرولوژیکی این منطقه به شکل معادلات فضای حالت تعریف شده و در ادامه با بکارگیری آمارهای سالیانه بارش روان آب ، مدل فضای حالت ساده شده بارش - روان آب برای این منطقه ارائه شده است . از این معادلات در پیشگوئی کوتاه مدت بارش و روان آب استفاده شده و با تلفیق معادلات فضای حالت بارش - روان آب و معادلات وضعیت سیستم مخازن، عملکرد سد ارداک برنامه ریزی شده است . آزادسازی جریان در سد ارداک تنها کنترل موجود در مسئله بررسی عملکرد مخازن سد بوده که در بهینه سازی شرکت داده شده است . در پایان استراتژی تنظیم مخازن با روش (lqg) برای بهینه سازی عملکرد سد ارداک برای سیلهای با تاریخچه مشخص ارائه شده است .