ارائه یک مدل عددی-ریاضی برای بررسی پدیده شکست سد به روش حجم محدود با استفاده از شبکه بندی ورونوی – عمران

مشخصات فایل

مقطع:کارشناسی ارشد
رشته تحصیلی:مهندسی عمران
نوع ارائه:پایان نامه
تعداد صفحات:175
قالب بندی:word قابل ویرایش

نحوه خرید

ارائه یک مدل عددی-ریاضی برای بررسی پدیده شکست سد به روش حجم محدود با استفاده از شبکه بندی ورونوی – عمران

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

چکیده

فهرست مطالب

چکیده………..۱
۱- فصل اول: مقدمه…………۲
۱-۱- دورنمای تحقیق…………….۳
۱-۲- اهداف تحقیق………………….۳
۱-۳- متغیرهای اصلی تحقیق……….۴
۱-۴- متغیرهای فرعی تحقیق…………۴
۱-۵- مباحث پیشرو……………….۵
۲- فصل دوم: مروری بر مطالعات انجام شده در ارتباط با موضوع تحقیق………………۶
۲-۱- کلیات………………..۷
۲-۱-۱- مقدمه………۷
۲-۱-۲- توصیف مساله و شرایط موفقیت مدل عددی……………..۷
۲-۱-۳- خطای پخش عددی و پراکنش…………۷
۲-۱-۴- پایستاری معادلات و روش عددی در حل مسئله ریمن ………….۸
۲-۱-۵- دیگر ویژگی های مسئله شکست سد……….. ۸
۲-۱-۶- ویژگی های روش های عددی قابل کاربرد در مسئله شکست سد……………..۹
۲-۱-۷- ویژگی های روش های عاری از نوسان، شرایط یکنوایی وTVD……ا……۹
۲-۲- تاریخچه مدلسازی شکست سد…………….۱۳
۲-۲-۱- روشهای عددی کامپیوتری ………۱۴
۳- فصل سوم: معادلات حاکم بر جریان…………۱۶
۳-۱-اصل بقاء جرم(معادلهءپیوستگی)………۱۷
۳-۱- ۱-بدست آوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از تئوری دایورژانس………….۱۸
۳-۱-۲-بدست آوردن معادله دیفرانسیل اصل بقاء جرم با استفاده از حجم کنترلی حدی………۱۹
۳-۱-۳-شکل دیگر معادله پیوستگی…………….۲۲
۳-۱-۴-معادله پیوستگی در مختصات استوانهای………۲۳
۳-۱-۵-شرایط خاص معادله پیوستگی………۲۴
۳-۱-۵-۱- جریان دائمی و قابل تراکم………….۲۴
۳-۱-۵-۲- جریان غیر قابل تراکم……………….۲۵
۳-۲- اصل بقاء مومنتم خطی (معادله کوشی)……………۲۶
۳-۲-۱-بدست آوردن معادله دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط تئوری دیورژانس………..۲۷
۳-۲-۲-بدست آوردن معادله دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط حجم کنترلی حدی………۲۹
۳-۲-۳-شکل دیگر معادله کوشی…………۳۲
۳-۲- ۴-بدست آوردن معادله دیفرانسیل عمومی بقاء مومنتم خطی توسط قانون دوم نیوتن…………..۳۳
۳-۳- معادلات ناویر– استوکس………….۳۴
۳-۳- ۱-بدست آوردن معادلات ناویر – استوکس برای جریان غیرقابل تراکم و همدما…………۳۶
۳-۴- معادلات حاکم بر پدیده شکست سد……………۳۹
۳-۴-۱-فرضیات…………….۳۹
۳-۴-۲- معادلات حاکم………….۴۰
۳-۴-۳- شکل نگهدارنده یا پایستار معادلات حاکم…………۴۱
۳-۴-۴- شکل غیر ابقایی معادلات حاکم………….۴۳
۳-۴-۵-شرایط مرزی…………………………۴۳
۴- فصل چهارم: شبکهبندی ورونوی…………..۴۵
۴-۱- انواع شبکهبندی………….۴۶
۴-۱-۱- شبکهبندی ساختاریافته………………..۴۶
۴-۱-۲- شبکهبندی ساختارنیافته…………۴۷
۴-۲- شکل المانها…………..۴۷
۴-۳- شبکهبندی ورونوی………۴۸
۴-۳-۱- الگوریتمهای ایجاد شبکهبندی ورونوی……………….۴۹
۴-۴- مثلثبندی دلاینی…………۵۲
۴-۴- ۱-الگوریتمهای ایجاد مثلثبندی دلاینی………….۵۴
۴-۵- ارتباط شکبهبندی ورونوی و مثلثبندی دلاینی……………….۵۸
۴-۵- ۱-تبدیل شبکهبندی ورونوی به مثلثبندی دلاینی………..۵۹
۴-۵-۲-تبدیل مثلثبندی دلاینی به شبکهبندی ورونوی…………۶۰
۴-۶-کاربردهای مختلف شبکهبندی ورونوی…………..۶۱
۴-۷- معایب شبکهبندی ورونوی…………۶۱
۵- فصل پنجم: گسستهسازی معادلات حاکم بر شکست سد…………..۶۲
۵-۱- روشهای عددی جهت حل معادله دیفرانسیل حاکم……………..۶۳
۵-۱-۱- گسستهسازی……….۶۳
۵-۲- گسستهسازی معادلات دیفرانسیل حاکم…………….۶۵
۵-۳- روش حجم محدود…………. ۶۵
۵-۴- حل معادلات گسسته………….۶۶
۵-۵-خصوصیات روش های عددی………..۶۷
۵-۵- ۱-سازگاری…………..۶۷
۵-۵-۲-پایداری………….۶۷
۵-۵-۳-همگرایی……..۶۸
۵-۵-۴-مرزبندی……….۶۸
۵-۵- ۵-دقت……..۶۹
۵-۶- گسسته سازی یک بعدی معادلات حاکم……..۷۰
۵-۷- شبکه بندی ناحیه …….۷۰
۵-۸- طرح های عددی یک بعدی برای حل مسئله ریمن……….۷۳
۵-۵-۱- روش مرتبه اول رو……………۷۴
۵-۵-۲- روش مرتبه دو STVD…..ا….۷۵
۵-۵-۳- روش مرتبه اول لکس فردریچ……………۷۷
۵-۸-۳-۱- شرایط CFL…..ا…….۷۷
۵-۵-۴- روش مرتبه دوم لکس فردریچ محلی…………..۷۸
۵-۹- گسسته سازی دو بعدی معادلات حاکم……………….۷۹
۵-۹-۱- روش حل مرتبه دوم لکس فردریچ برای مش بندی دو بعدی…………۸۲
۵-۱۰-گسسته سازی در شبکه بندی ورونوی………….۸۳
۵-۱۰-۱- روش حل مرتبه دوم لکس فردریچ برای مش بندی ورونوی……….۸۷
۶- فصل ششم: طراحی کد FVDBC در محیط MATLAB…….ا……….۸۹
۶-۱-در حالت یک بعدی…………….۹۰
۶-۱- ۱-زیربرنامه یMain ….ا………۹۰
۶-۱-۲-زیربرنامه یInput…..ا……… ۹۰
۶-۱-۳-زیربرنامه ی Grid…..ا……. ۹۰
۶-۱-۴- زیربرنامه ی Calculate…………ا.. ۹۱
۹۱ ………..Wall Boundaryزیربرنامه ی-۵-۱-۶
۶-۱-۶- زیربرنامه ی Plot……ا……. ۹۱
۶-۲- در حالت دو بعدی با شبکه بندی مستطیلی………… ۹۱
۶-۲-۱-زیربرنامه یMain …….ا…..۹۱
۶-۲-۲-زیربرنامه یInput…ا…….. ۹۱
۶-۲-۳-زیربرنامه ی Grid…….ا…….. ۹۲
۶-۲-۴- زیربرنامه ی Initial….ا……. ۹۲
۹۲ ………..Coefficientزیربرنامه ی-۵-۲-۶
۶-۲-۶- زیربرنامه ی Calculate..ا…………. ۹۲
۹۲ ……. Wall Boundaryزیربرنامه ی -۷-۲-۶
۶-۲- ۸-زیربرنامه ی Plot……ا……. ۹۲
۶-۳- در حالت دو بعدی با شبکه بندی ورونوی………. ۹۳
۶-۳-۱-زیربرنامه یMain ……ا…..۹۳
۶-۳-۲-زیربرنامه یInfo…….ا…. ۹۳
۶-۳-۳-زیربرنامه یGeo …..ا.. ۹۳
۹۳ ……… Voronoi meshزیربرنامه ی-۴-۳-۶
۶-۳-۵-زیربرنامه ی Find near…..ا…… ۹۳
۹۴………..Coefficient زیربرنامه ی-۶-۳-۶

۹۴ …….Initialhigh زیربرنامه ی -۷-۳-۶

۹۴ ……….govcoefficient زیربرنامه ی -۸-۳-۶
۶-۳-۹-زیربرنامه ی Cof………ا….. ۹۴
۶-۳-۱۰-زیربرنامه ی Calculate…..ا……. ۹۴
۶-۳-۱۱-زیربرنامه ی Plot……..ا…۹۵
۶-۳-۱۲-زیربرنامه ی Area….ا………۹۵
۷- فصل هفتم: ارزیابی مدل و مطالعه موردی……… ۹۶
۷-۱- صحت سنجی مدل………….۹۷
۷-۱-۱- آزمون استاتیک……….۹۷
۷-۱-۲- آزمون جریان یکنواخت………۹۹
۷-۱-۳- آزمون شکست سد در حالت یک بعدی……۱۰۲
۷-۱-۴- آزمون شکست سد در حالت دو بعدی……..۱۰۳
۷-۱-۴-۱- شکست جزیی سد(بازشدن ناگهانی یک دریچه)……۱۰۳
۷-۱-۴- ۲- شکست سد دایره ای………..۱۱۰
۷-۱-۵- بررسی شکست کلی سد در حالت دو بعدی………….۱۱۲
۷-۲- مطالعه موردی بر روی سد بتن غلتکی جگین……….۱۱۴
۷-۲-۱-مقدمه…………۱۱۵
۷-۲-۲- ویژگی های خاص منطقه اجرای سد مخزنی جگین……. ۱۱۵
۷-۲-۳- مطالعه موردی…………..۱۱۷
۷-۲-۴- مدل سازی در کد FVDBC…..ا…………۱۱۷
۷-۲-۵- یافته ها……………….۱۱۸
۸- فصل هشتم: نتیجهگیری و پیشنهادات………………۱۲۱
۸-۱- نتایج ……….. ۱۲۲
۸-۲- پیشنهادات…………… ۱۲۳

منابع و مأخذ…………………۱۲۴
چکیده انگلیسی…………۱۲۷

چکیده
شکست سد از جمله وقـایعی اسـت کـه خسـ ارات مـالی و جـانی زیـادی بـه همـراه دارد. لـذا در طـرح سـد هـا بایـدایـن پدیـده بـه طـور کامـل مـورد مطالعـه قـرار گیـرد تـا تمهیـدات لازم جهـت کنتـرل سـیلابهای بـزرگ ناشـی ازشکست سد صورت گیرد. بـه علـت رویـارویی بـاآزاد شـدن حجـم عظیمـی از آب پشـت سـد بـه صـورت ناگهـانی وبـروز امـواج سـهمگین بـا سـرعت زیـاد و زمـان کـم بـرای اخطـار عـواملی چـون میـزان سـرعت امـواج و ارتفـاع جریـان از دیربـاز مـورد توجـه و مطالعـه محققـین بـوده اسـت. جهـت بررسـی پدیـده شکسـت، محققـین معـادلات حاکم بر آبهای کـم عمـق را در نظـر گرفتـه و بـا توجـه بـه عـدم وجـود روشـهای دقیـق ریاضـی جهـت حـل ایـنمعادلات در حالت کلی،روش های عددی متفاوتی را پیشنهاد کردند.
در ایـن پـژوهش پـس از مطالعـه تئـوری حـاکم بـر شکسـت سـد و معـادلات حـاکم بـر آن از روش عـددی حجـم محدود با توجـه بـه مزایـای عمـده آن ماننـد شـبیه سـازی جریـان سـیالات و اسـتفاده از شـبکه بنـدی غیـر مـنظمودلخـواه و مسـائل بـا هندسـه نـا مـنظم وحـافظ قـانون بقـا و همچنـین روش شـبکه بنـدی ورونـوی بـا توجـه بـه ویژگی های منحصر به فرد و سـازگاری مناسـبی کـه بـا روش حجـم محـدود دارا مـی باشـد بـرای منفصـل سـازیمعادلات حاکم بر شکسـت سـد وحـل عـددی آن اسـتفاده شـده اسـت و در ادامـه برنامـه ای کـامپیوتری بـه کمـکنرم افزار و زبان برنامه نویسـی قدرتمنـد متلـب تهیـه خواهـد شـد و نتـایج حاصـل در انتهـا مـورد ارزیـابی و صـحتسنجی قرار می گیرد.

مقدمه
آب به عنوان اساسی تـرین مـاده بـرای تشـکیل حیـات و ادامـه چرخـه زنـدگی موجـودات زنـده ، از ابتـدای پیـدایشانسـان از اهمیـت فـوق العـاده ای برخـوردار بـوده اسـت . چنانچـه اولـین تمـدن هـای بشـری در کنـار آب شـیرین رودخان ه ش کل گرفت ه اس ت . اهمی ت وج ود آب ب رای ادام ه زن دگی و بدس ت آوردن م واد غ ذایی دام ی و کشاورزی بـا کمـک آن از یـک سـو و در دسـترس نبـودن آب شـیرین در تمـام منـاطق کـره زمـین از سـوی دیگـرباعث گردیـد تـا انسـان در طـول دوران حیـات خـود بـه فکـر راهـی بـرای انتقـال و مهـار و ذخیـره آب بیفتد.اصـلیترین روش برای مهار و ذخیره آب جـاری رودخانـه هـا ، اسـتفاده و سـاخت سـدها و بنـدها بـر روی آنهـا مـی باشـدکـه در طـول تـاریخ بـه شـکلها و بـا روشـهای مختلفـی سـاخته و مـورد اسـتفاده قـرار گرفتـه انـد . آب موجـود درمخزن سدها به علت داشـتن پتانسـیل بـالا همـواره بـه دنبـال راهـی بـرای فـرار و حرکـت بـه سـمت پـایین دسـتسد می باشد که بـا حادثـه ای امکـان تخریـب سـد و روانـه شـدن حجمـه عظیمـی از همـان آبـی کـه مـایع حیـاتبود وجود دارد و این پدیده می تواند خسارات جبران ناپذیری وارد نماید.
همانطور که بیان شد شکست سد از جمله وقایعی است که خسارات مالی و جانی زیادی به همراه دارد. لذادر طراحی سد ها باید این پدیده به طور کامل مورد مطالعه قرار گیرد تا تمهیدات لازم جهت کنترل سیلابهای بزرگ، ناشی از شکست سد صورت گیرد .به علت رویارویی باآزاد شدن حجم عظیمی از آب پشت سد به صورت ناگهانی و بروز امواج سهمگین با سرعت زیاد و زمان کم برای اخطار عواملی چون میزان سرعت امواج و ارتفاع جریان از دیرباز مورد توجه ومطالعه محققین بوده است. جهت بررسی پدیده شکست ، محققین معادلات حاکم بر آبهای کم عمق را در نظر گرفته و با توجه به عدم وجود روشهای دقیق ریاضی جهت حل این معادلات در حالت کلی روش های عددی متفاوتی را پیشنهاد کرده اند. این پدیده در ابتدا بوسیله روابط تجربی و تحلیلی و یا ساخت مدلهایی در ابعاد کوچکتر از اندازه طبیعی مورد بررسی و اندازه گیری قرار می گرفت، که این روشها علاوه بر داشتن مشکلات ناشی از عدم تطابق کامل با نمونه اصلی در اکثر موارد دارای هزینه های بالای اجرایی بودند . اما پس از ظهور کامپیوترهای با قدرت محاسباتی بالا و در راستای آن معرفی روشهای حل عددی معادلات دیفرانسیل که وابسته به استفاده از این ماشین های محاسباتی می باشند، این پدیده نیز همانند دیگر پدیده های علمی بوسیله روش های مختلف عددی مورد تحلیل و بررسی محققین بسیاری قرار گرفت. روشهای مورد استفاده در حل عددی معادلات به لحاظ روش حل معادلات و نوع شبکه بندی محیط مورد بررسی، قابل تقسیم بندی می باشند.اصلی ترین روشهای عددی مورد استفاده روشهای تفاضل محدود ، المان محدود و حجم محدود می باشند که هر کدام دارای قابلیت ها و معایبی می باشند.

نتایج
• در طرح تحقیقاتی حاضر نشان داده شد که استفاده از روش لکس فردریش به همراه حجم محدود و شبکه بندی ورونوی ترکیبی مناسب برای شبیه سازی دوبعدی جریان آب کم عمق و پدیده شکست سد می باشد. قابلیت های این روش به طور خاص در باز سازی داده های آزمون های ارائه شده و حل دقیق رضایت بخش و امیدوار کننده می باشد.
• در هیچ یک از آزمون های انجام شده مشکل پخش عددی قابل توجه و یا نوسان غیر فیزیکی جواب ها مشاهده نشد که البته از ترکیب روش لکس فردریش محلی به همراه حجم محدود و شبکه بندی ورونوی انتظاری جز این نیز نمی رفت.
• مقادیر نزدیک به ۱ P-VALUE نشان دهنده دقت بسیار بالای مدل ارائه شده و همخوانی آن با نرم نتایج می باشد که صحت مدل را نیز تایید می کند.
• استفاده از روش حجم محدود به دلیل سازگاری مناسب با محیط مورد مطالعه و نیز سهولت عمل در منفصل سازی معادله ی شکست سد، کارایی بهتری نسبت به سایر روش های عددی از جمله المان محدود می باشد.
• مقدار دقیق تر P-VALUE شبکه بندی ورونوی از شبکه بندی مستطیلی نشانگر تاثیر نوع المان بندی در میزان دقت مدل می باشد که همان طور که بیان شده بود این نوع شبکه بندی بدلیل نامنظم بودن و تاثیر از همه جهات همخوانی بهتری با مدل دارد.
• با وجود یکسان بودن تعداد المان در دو شبکه بندی مستطیلی و ورونوی، می توان به وضوح ملاحظه کرد که حرکت موج به طرز دقیق تری رسم شده است که بیان گر مزیت شبکه بندی ورونوی بر شبکه بندی مستطیلی است.
• نتایج بدست آمده از کد FVDBC بیان گر افزایش کارایی و دقت معادلات گسسته بدست آمده با استفاده از شبکه بندی ورونوی بوده است، بنابراین بهتر است در انجام محاسبات عددی از این نوع شبکه بندی برای انجام گسسته سازی استفاده شود زیرا هم قادر به مدل سازی هندسه ها ی پیچیده است و هم معادلات گسسته ای را منتج می شود که در تلاش محاسباتی کمتری نسبت به دیگر معادلات گسسته حاصل از شبکه بندیهای ساختار نیافته به نتایج صحیح تری می رسند.
• با توجه به طبیعت حرکت همه جانبه ی آب در محیط باید نوعی شبکه بندی انتخاب گردد که توانایی مدل سازی واقعی این شرایط را دارا باشد که شبکه بندی ساختار نیافته ی ورونوی توانایی مدل سازی شار ورودی و خروجی در تمامی جهات در وجوه حجم کنترل را دارا می باشد.در صورتی که شبکه بندی مستطیلی حتی در حالت دو بعدی نیز تنها در چهار جهت توانایی مدل سازی را دارد.
• مدل عددی-ریاضی ارائه شده توانایی مدل نمودن شرایط مختلف اعم از مناطق با توپوگرافی های پیچیده را دارا می باشد. همچنین از انعطاف پذیری خاصی جهت المان بندی از جمله تغییر تعداد المان ها در نقاط حساس و کلیدی در محیط مورد بررسی برخوردار می باشد. این مدل به راحتی قابل فهم بوده و استفاده از آن برای کاربران بسیار راحت است.
• این مدل علاوه بر خروجی ارتفاع در هر نقطه و بازه زمانی مقادیر سرعت را نیز در هر بازه زمانی می دهد.
• جهت مدل سازی شرایط مرزی از شرط مرزی ریمن استفاده شده است که به دلیل نامشخص بودن مقدار دقیق بار در برخی از مرزهای ناحیه ی مورد مطالعه، با استفاده از این شرط مدل سازی شرایط مرزی به درستی صورت می پذیرد .

نحوه خرید

دانلود رایگان فایل
شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

برای دسترسی به این فایل ابتدا باید اشتراک خریداری کنید. برای خرید اشتراک بر روی لینک زیر کلیک کنید.

ارتقاء عضویت

در صورت بروز هر گونه مشکل در روند خرید اینترنتی، بخش پشتیبانی کاربران آماده پاسخگویی به مشکلات و سوالات شما می باشد

راهنمای سایت

برخلاف سایت های دیگر که فایل ها را به صورت تکی می فروشند روال سایت ما این است که شما با عضویت در سایت ما میتوانید از تمام فایل های موجود استفاده کنید.

تمام مطالب سایت فقط برای اعضای سایت رایگان است.

نحوه عضویت در سایت

آخرین مطالب

مطالب مرتبط