این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
پژوهش های حفاظت آب و خاک، جلد ۲۵، شماره ۳، صفحات ۱-۲۳
عنوان فارسی حل عددی پدیده ضربه قوچ با استفاده از روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش
چکیده فارسی مقاله چکیده یکی از پدیده‌هایی که در شبکه لوله‌‌ها باعث ایجاد خسارت و کاهش عمرمفید تاسیسات آبی می‌شود، پدیده ضربه قوچ یا چکش آبی است. روش‌های عددی مختلفی در تحلیل این مساله به‌کار گرفته شده است. در تمامی روشهای عددی ارائه شده، محیط پیوستار مساله بایستی توسط ابزاری گسسته‌سازی شود تا مجهولات مساله که همان مقادیر سرعت و فشار ناشی از قطع ناگهانی جریان و حرکت موج فشاری در طول لوله می‌باشند، پس از طی فرایند حل، محاسبه گردند. با محاسبه دقیق این مجهولات، پیش از طراحی سازه‌ها می‌توان تمهیدات مناسبی در کاهش تنش‌های ناشی از رخداد ضربه قوچ، اتخاذ نمود. سابقه و هدف روش مرسوم برای مدلسازی معادلات دیفرانسیلی که این پدیده را تشریح می‌کنند، روش خطوط مشخصه است. به طور کل، در روش‌های معمول به خوبی توسعه یافته‌ی اجزای محدود، احجام محدود و تفاضل‌های محدود، گسسته سازی حوزه‌ی مکانی مساله با استفاده از ابزاری به نام شبکه‌بندی صورت می‌گیرد. با وجود استفاده مفید از این روش‌ها در بسیاری از زمینه‌های علمی، شبکه بندی، فرایندی پرهزینه و دردسرساز، به ویژه در مسائلی با مرزهای پیچیده است. همین امر انگیزه‌ی اصلی ابداع روش‌های بدون شبکه بوده است. در این‌گونه روش‌ها حوزه‌ی مکانی مساله توسط تعدادی نقطه به سادگی گسسته‌سازی می‌شود. مواد و روش‌ها در پژوهش حاضر، جهت مدلسازی ضربه قوچ کلاسیک در سیستمی شامل شیر، لوله و مخزن، از روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش استفاده می‌شود. در رهیافت ارائه شده، از روش ضمنی کرنک نیکلسون برای گسسته سازی زمانی استفاده شده تا بتوان شرط کوچکتر بودن گام زمانی را برای پایداری حل از بین برد. در این روش، معادلات پیوستگی و مومنتوم جهت محاسبه مقادیر سرعت و فشار در صفحه x-t با استفاده از داده‌های گام زمانی قبلی، به طور همزمان محاسبه می‌شود. رهیافت ارائه شده کاملا ماتریسی بوده و فرایند حل، شامل چند عملیات جبری ساده می‌باشد که بر روی ماتریس های تنک صورت می‌گیرد. یافته‌ها در مقاله حاضر، ابتدا معادلات حاکم بر ضربه قوچ نوشته شده و سپس، کلیات روش عددی بدون شبکه حداقل مربعات گسسته همپوش به طور کامل، تشریح شده است. در ادامه، چندین آزمایش معتبر در مورد ضربه قوچ با روش فوق، مدلسازی شده و در انتها نیز یک مساله با به‌کارگیری روش کرنک- نیکلسون در حالات مختلف، تحلیل گردیده‌است. نتایج حاصل از مدلسازی مسائل با نتایج سایر روشهای عددی معتبر نظیر روش MOCو روش عددی به‌کار رفته توسط "زیلک" در نقاط بحرانی لوله نظیر پشت شیر و وسط لوله مورد برازش قرار گرفته است. همچنین، تحلیل هیدرولیکی مسائل و نحوه محاسبه جوابهای دقیق، به طور کامل، تشریح گردیده است. در نهایت، پس از به-کارگیری معیار مجموع مربعات خطا و تخمین خطایی کمتر از 5 درصد در کل بازه مورد بررسی، مشخص گردید که از این روش، می‌توان به عنوان یکی از روش‌های عددی دقیق، ساده و کم هزینه در مدلسازی مسایل ضربه قوچ استفاده نمود. نتیجه‌گیری عدم نیاز به انتگرالگیری، عملیات ریاضی کاملا ماتریسی و نیز بدون شبکه بودن فضای مساله از ویژگی های مهم روش عددی بدون شبکه است که علاوه بر کاهش منابع خطا می‌تواند یکی از دقیق‌ترین روش‌های حل عددی پدیده ضربه قوچ در سیستم لوله‌ها به شمار آید.
کلیدواژه‌های فارسی مقاله ضربه قوچ، شبکه لوله ها، روش عددی بدون شبکه،
عنوان انگلیسی Numerical solution of water hammer phenomenon by Collocated Discrete Least Squares method
چکیده انگلیسی مقاله Abstract "Water hammer" is one of the phenomena that causes damage in the pipe system and reduces their useful life. Various numerical methods have been used to analyze this problem. In all numerical methods, for calculating the variables that are the velocity and pressure values due to the sudden discontinuity of the flow and motion of the pressure wave along the pipe, the continuum environment of the problem must be discretized in some way. With calculating these aberrations before designing of the structures accurately, appropriate measures can be taken to reduce tensions caused by the water-hammer phenomenon. Background and objectives The conventional method to numerically solve the differential equations that describe this phenomenon is the method of characteristic lines. In general, in conventional methods where have been developed correctly, such as finite element, finite volume and finite difference, discretization of the spatial domain of the problem is done by gridding. Despite the useful use of these methods in many scientific fields, gridding is a costly and troublesome process, especially on problems with complex boundaries. That is the main motive for the creation of meshless methods. In these methods, the spatial domain of the problem is simply discretized by a number of points. Materials and methods In the present study, for modeling classical water-hammer in a system including valve, pipe and reservoir, a collocated discrete least squares method is used. In the proposed approach implicit Crank-Nicolson method for time discretization is used to provide conditions for problem solving stability. In this method, the velocity and pressure values on the x-t plane are calculated directly from the previous time step simultaneously. This method is quite matrix and the solution process is accomplished including several simple algebraic operations on matrices. Results In this study, at first this numerical method is described generally then governing equations are calculated and several experiments on water hammer in the form of the problem have been modeled by this method, also the hydraulic analysis of problems and calculation steps for calculating accurate answers are fully described and the results are verified with exact answers and other numerical methods such as MOC method and numerical method used by "Zielk" and the computational average error was estimated to be less than 5% by total squared error criterion. So this method can be considered as a precise, simple, and low-cost numerical method for modeling of water-hammer phenomena. Conclusion Important properties of the Meshless numerical method included no need to integrate, complete mathematical math operations and meshless space makes it one of the most accurate methods for numerical solution of water hammer phenomenon in the pipe system.
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله water hammer, pipe system, Meshless numerical method
نویسندگان مقاله بنفشه نوروزی |
گروه آب و محیط زیست-عمران-دانشگاه صنعتی شاهرود-شاهرود-ایران

احمد احمدی |
عضو هیات علمی و رییس دانشکده مهندسی عمران

محسن لشکربلوک |
فاضل آباد- گروه عمران- دانشگاه گلستان

محمود نوروزی |
گروه مکانیک-دانشگاه صنعتی شاهرود-شاهرود

نشانی اینترنتی http://jwsc.gau.ac.ir/article_4232_561eeed62f67bd9f1ffb8780b86a3a0a.pdf
فایل مقاله اشکال در دسترسی به فایل - ./files/site1/rds_journals/1379/article-1379-898055.pdf
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده
نوع مقاله منتشر شده
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات