بهینه‌سازی شاخص‌های هندسی صفحه مستغرق در بستر رسوبی کانال مستقیم با روش تاگوچی و GRA

نویسندگان
1 دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
چکیده- صفحات مستغرق، سازه­هایی هستند که در بستر رودخانه­ها و کانال­ها با زاویه­ای در برابر جریان نصب می شوند. این سازه­ها معمولاً به صورت گروهی استفاده می­شوند و کارکرد اصلی آن ها ایجاد جریان گردابی و تغییر الگوی جریان و بستر است. کارکرد صفحات مستغرق تحت تأثیر شاخص های هندسی آن ها است. در این پژوهش، شاخص های هندسی یک صفحه مستغرق در بستر رسوبی کانال مستقیم با مدل سازی عددی بهینه سازی شده است. منظور از بهینه سازی شاخص های هندسی یک صفحه در این پژوهش، تعیین هم زمان طول، ارتفاع و زاویه نصب صفحه در برابر جریان است، به گونه ای که بهترین شرایط برای عمیق کردن بستر کانال­ها در مقابل دهانه آب گیرهای جانبی و انحراف رسوبات از مقابل دهانه آب گیرها فراهم شود. بنابراین پس از شبیه سازی الگوی جریان و رسوب پیرامون یک صفحه مستغرق در بستر آبرفتی کانال مستقیم با استفاده از نرم افزار SSIIM و واسنجی و سنجش درستی نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی، شاخص های هندسی مؤثر بر کارکرد صفحه مستغرق بررسی شده است. هر یک از شاخص های طول صفحه، ارتفاع صفحه و زاویه برخورد جریان با صفحه در چهار سطح تغییر انتخاب شدند و چهار تابع پاسخ نیز برای بهینه­سازی درنظر گرفته شد. بهینه سازی شامل کمینه عمق آب شستگی در لبه های ابتدایی و انتهایی صفحه، کمینه ارتفاع رسوب گذاری در پایین دست صفحه و بیشینه حجم آب شستگی در پایین دست صفحه است. برای کاهش تعداد مطالعات، بدون این که در نتایج خطای زیادی وارد شود، مطالعات با روش تاگوچی طراحی شد. برای تحلیل نتایج و بهینه­سازی چندین تابع پاسخ از روش GRA استفاده شد. در نهایت، ترکیب بهینه شاخص های هندسی صفحه و نیز تأثیر هر یک از شاخص ها بر تابع پاسخ تعیین گردید. نتایج این تحلیل نشان داد که زاویه برخورد جریان با صفحه، بیشترین تأثیر را بر کارکرد صفحه مستغرق بر اساس توابع پاسخ مورد نظر دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Optimization of Geometric Parameters of Submerged Vane in Straight Alluvial Channel With Taguchi Method and GRA.

نویسندگان English

M. Rostamabadi 1
A.A. Salehi Neyshabouri 1
A.R. Zarrati 2
1 Tarbiat Modares University
2 Amirkabir University
چکیده English

Submerged vanes are plane structures mounted vertically on river bed with an angle to the approach flow. These structures are usually used in group. The operation of the submerged vanes is production of secondary flow around their length axis that changes the flow pattern and bed topography. The performance of a submerged vane is related to its geometric parameters such as length, height and the angle of attack of the approach flow. In this study the optimization of geometric parameters of a submerged vane in a straight alluvial flume is done numerically to achieve the best condition for increasing the scour depth of channel in front of lateral intake and deviation of sediment from lateral intakes. The SSIIM software is applied for simulating the flow and sediment pattern around a submerged vane. Verification of numerical model with experimental results is done. The effect of geometric parameters of the vane on the performance of the submerged vane is studied. Length, height and the angle of a vane are investigated in four levels and four responses including minimum scour depth near the leading edge of the vane, minimum scour depth near the trailing edge of the vane, maximum scour volume at the downstream of the vane and maximum sedimentation depth at the downstream of the vane are calculated numerically. In previous studies the scour depth at the leading and the trailing edges of the vane were not included in optimization and this is one of the innovation of this paper. The other two last responses are normalized with appropriate parameters. The maximum scour volume at the downstream of the vane is normalized with the volume of the vane and the maximum sedimentation depth at the downstream of the vane is normalized with the length of the vane. Taguchi method is used to design studies in order to minimize the number of cases without affecting the results. 16 tests are investigated instead of 64 tests. Grey Relational Analysis is used for analyzing the responses. The results of this study show that the angle of a vane has more effect on the performance of the vane than the height and the height is more effective than the length. The ratio of 0.25 for the height of the vane to the depth of flow and 15 degree for the angle of attack are proposed to obtain the optimum performance of the submerged vane. Changing the ratio of the length to the height of the vane has a little effect on the responses. So the smaller length of the submerged vanes (in this paper the ratio of 1.25 among 1.25 to 3 for the length to the height of the vane) is economical.

کلیدواژه‌ها English

SSIIM
GRA
Submerged vane
Sedrment
Taguchi
- مراجع
[1] فروغی، ع؛ استفاده از صفحات مستغرق در حفاظت و تثبیت سواحل رودخانه؛ پایان نامه کارشناسی ارشد رشته تأسیسات آبیاری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، 1371.
[2]  Voisin, A; and Townsend, R.D; "Model testing of submerged vanes in strongly curved narrow channel bends"; Journal of Civil Engineering; 29, 2002, 37-49
[3] صمیمی بهبهان، ت؛ بارانی، غ؛ و خانجانی، م؛ "بررسی آزمایشگاهی اثر صفحات مستغرق بر تثبیت بستر رودخانه ها"،. هفتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 1385.
[4]  Wang .Y; Odgaard. A. J; Melville, B. W; and Jain, S. C; "Sediment control at water intakes"; Journal of Hydraulic Engineering; 122(6), 1996, 353-356.
[5]  Neill, C. R; and Evans, B. J; Discusson on "Sediment control at water intakes"; Journal of Hydraulic Engineering, 123(7), 1997,  670-671.
[6]  Barkdoll, D; Ettema, R; and Odgaard, A.J; "Sediment control at lateral diversions: limits and enhancement to vane use". Journal of Hydraulic Engineering; 125(8), 1999, 132-136.
[7] ساجدی سابق، م؛ و حبیبی، م؛ " کاربرد صفحات مستغرق در پیشگیری از ورود رسوب به آب گیرها"؛ سومین همایش ملی فرسایش و رسوب، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران 1384.
[8] دهقانی، ا. ا؛ "مطالعه آزمایشگاهی کنترل رسوب ورودی به آب گیر جانبی در قوس 180 درجه"؛ پایان نامه دکتری مهندسی عمران گرایش هیدرولیک، دانشگاه تربیت مدرس، 1385.
[9]  Michelle, F; Ettema, and R; Muste, M; "Case study: sediment control at water intake for large thermal-power station on a small river"; Journal of Hydraulic Engineering; 132(5), 2006, 440-449.
[10] منتصری، ح؛ "تأثیر آرایش های مختلف صفحات مستغرق در کنترل رسوب ورودی به آب گیر جانبی در قوس 180 درجه؛ پایان نامه دکتری مهندسی عمران، گرایش هیدرولیک، دانشگاه تربیت مدرس، 1387.
[11] گوهری، س؛ "بررسی الگوی جریان و کنترل رسوب در آب گیرها با کاربرد صفحات مستغرق و آبشکن"؛ پایان نامه دکتری مهندسی کشاورزی، گرایش سازه­های آبی؛ دانشگاه تربیت مدرس، 1388.
[12] سید میرزایی، ح؛ "تعیین آرایش مناسب صفحه­های مستغرق در آب گیری جانبی از رودخانه با استفاده از مدل ریاضی فلوئنت؛ پایان نامه کارشناسی ارشد کشاورزی، گرایش سازه­های آبی، دانشگاه تربیت مدرس، 1388.
[13]  Marelius, F; and Sinha, S; "Experimental investigation of flow past submerged vanes"; Journal of Hydraulic Engineering; 124(5), 1998, 542-546.
[14]  Rostamabadi, M; and Salehi Neyshabouri, S. A. A;  "Numerical simulation of flow around submerged vane"; 8th international congress on civil engineering; Shiraz, Iran, 2009.  .
[15]  Ouyang, H; "Investigation on the dimensions and shape of a submerged vane for sediment management in alluvial channels"; Journal of Hydraulic Engineering. 135(3), 2009: 209-217.
[16]  Odgaard. A. J; and Wang .Y; "Sediment management with submerged vanes. I: Theory", Journal of Hydraulic Engineering, 117(3), 1991, 267-283.
[17]  Gupta, P; Sharma, N; "Performance evaluation of tapered vane" Journal of Hydraulic Research; 45(4), 2007, 472-477.
[18]  Olsen, N. R; A three-dimensional numerical model for simulation of sediment movement in water intakes with multi block option; user's manual; 5. November 2011.
[19]  Sinha, S; and Marelius, F; "Analysis of flow past submerged vanes". Journal of Hydraulic Research, 38(1), 2000, 65-71.
[20]  Roy, R. A primer on the Taguchi method; Society of Manufacturing Engineers New York. NY, 1990.
[21]  Chen Sh; Wang D; and Sun sh; "Bionic fan optimization based on Taguchi method"; Engineering Application of Computational Fluid Mechanics; 5(3), 2011, 302-314.
[22] مهانپور، ک؛ میرنظامی، س.م؛ ربیعی ف؛ "تجزیه فوتوکالیستی آلاینده های رنگی آزو در پساب های صنعتی با استفاده از نانوذرات نقره به روش تاگوچی"؛ کنفرانس بین المللی آب و فاضلاب، تهران، 1390.
[23] اجلالی ا؛ "کاربرد روش تاگوچی در پیش بینی خواص بتن سبک دانه سازه ای ساخته شده از سبک دانه پومیس اسکندان و مقایسه نتایج حاصله با نتایج حاصله از روش انجام تمامی آزمایشات"؛ پایان نامه کارشناسی ارشد سازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند، 1385.
[24]  Jeyapaul, R; Shahabudeen, P; and Krishnaiah, K; "Quality management research by considering multi-response problems in the Taguchi method- a review". Int. J. Adv. Manuf. Technol; 26, 2005, 1331-1337.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
[25]  Caydas, U; ; Hascalik, A; "Use of the grey relational analysis to determine optimum laser cutting parameters with multi-performance characteristics"; Optic and Laser Technology; 40, 2008, 987-994.
[26]  Deng, J; "Introduction to grey system"; Journal of Grey Systems; 1, 1989, 1-24.
[27]  Aydin, H; Bayram, A; Esme, U; Kazancoglu, Y; and Guven, O; "Application of grey relational analysis (GRA) and Taguchi method for the parametric optimization of friction stir welding (FSW) process"; Materials and Technology; 44, 2010,  205-211.