مدلسازی جریان در کانال های رو باز با بستر متحرک به کمک هوش مصنوعی

در این پایان نامه، مدل ریاضی رفتار جریان غیر دائمی و تغییرات بستر در یک آبراهه فرسایش پذیر مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته است. بدین منظور معادلات سن و نان- اکسنر برای جریان غیر دائمی متغیر تدریجی و پیوستگی رسوب با روش اصلاح شده و دو مرحله ای ریچ مایر و روش مک کورمک با دقت بالا و مرتبه دوم زمانی و مکانی، به صورت صریح و مزدوج تحلیل گشته است. صحت عملکرد و نتایج مدل ریاضی با داده های آزمایشگاهی مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفته است . همچنین با ملحوظ داشتن داده های هیدرولیکی و ابعاد هندسی رودخانه الند در بازه بدلان تغییرات پروفیل سطح آب، کف بستر و پارامترهای هیدرولیکی به صورت تابعی از زمان و مکان ارائه شده است. نتایج گویای کارائی بالای مدل در شبیه سازی و پیش بینی پروفیل بستر و جریان و امکان اعمال شرایط مختلف در آن است. جهت صحت سنجی و کالیبراسیون مدل مذکور، مطالعات تجربی در یک کانال آزمایشگاهی انتقال رسوب با بستر متحرک انجام شد. برای تقویت شبیه سازی مذکور، اولاً، نقش معادلات انتقال رسوب، تحلیل مزدوج و غیر مزدوج معادلات حاکم و ساده سازی معادله پیوستگی جریان مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه بین خروجی مدل و داده های تجربی حاکی از نقش اساسی مدلهای انتقال رسوب در شبیه سازی تغییرات بستر، و افزایش خطای محاسباتی به دلیل تحلیل غیر مزدوج و ساده سازی معادله پیوستگی جریان است. ثانیاً، مدل مذکور به دلیل تغییرات زبری بستر، با ضرائب مانینگ بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور مسئله معکوس تخمین ضریب زبری با تحلیل همزمان و مرتبط معادلات حاکم با الگوریتم بهینه سازی ژنتیک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج مطالعه نشان می دهد که کاربرد الگوریتم ژنتیک در جستجوی ضرایب زبری بهینه و به کارگیری همزمان آن در مدل مذکور باعث کاهش عمده خطاهای عددی و تقویت شبیه سازی تغییرات جریان می شود. در مرحله بعدی برای به دست آوردن ضریب مقاومت به صورت متغیر وابسته با استفاده از روش برنامه نویسی ژنتیک و نیز بررسی قابلیت و کارائی gp در شناخت پارامترهای موثر بر مقاومت جریان، مجموعه آزمایش های لازم در آزمایشگاه هیدرولیک موسسه تحقیقاتی cnrs متعلق به دانشگاه کان فرانسه ترتیب داده شد. مقایسه داده های اندازه گیری شده ، خروجی های مدل و نتایج برازش آماری، نشان دهنده دقت نسبتاً بالای gp در شبیه سازی ضریب زبری یک بستر فرسایشی می باشد. نتایج برتر gpگویای این واقعیت است که بسیاری از روابط غیر خطی موجود، جهت محاسبه ضریب اصطکاک ساده سازی شده و حذف برخی پارامترها و روابط پیچیده آنها باعث ایجاد خطاهای ماندگاری در روابط مربوطه گشته است. . در این تحقیق، حذف sw یا شیب سطح آب منجر به ایجاد خطاهای قابل توجهی در برآورد زبری بستر متحرک می شود. بنابراین sw به عنوان پارامتری مهم و تأثیرگذار درمدلسازی مقاومت جریان بوده وصرفنظر کردن از آن موجب بروز خطاهای قابل توجهی خواهد شد.حذف عدد fr از پارامترهای مستقل منجر به بهبود نسبی نتایج نهائی شبیه سازی می گردد در حالیکه حذف عدد re از ترمینال های ورودی، باعث بروز و افزایش خطای مدلسازی می گردد. بررسی آماری نتایج گویای آن است که مواردی نظیر شکل بی بعد تابع هدف یا متغیر وابسته، نوع توابع به کار گرفته شده جهت تحلیل و نیز روند آموزش وتست در مدلسازی با gp تاثیر گذار بوده و حائز اهمیت است.