ارزیابی کارایی روابط تجربی و مدل سازی عددی در پیش‌بینی ضریب دبی سرریزهای کلید پیانویی مستطیلی با استفاده از روش پاسخ سطح

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 عضو هیات علمی گروه مهدسی آب، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تربیت مدرس
2 فارغ التحصیل رشته مهندسی آب و سازه های هیدرولیکی ، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه محقق اردبیلی
10.48311/mcej.2025.97991.0
چکیده
چکیده: در این تحقیق روابط هیدرولیکی ارائه شده برای سرریزهای کلید پیانویی مورد بررسی قرار گرفت. روابط تجربی ارائه شده توسط محققین در برخی منابع شامل پارامترهای هندسی متعدد بوده و در برخی منابع تنها شامل بررسی تعداد محدودی از این پارامترها می­باشد. در گام اول با استفاده از روش RSM-CCD و داده­های مطالعه­ی اندرسون (2011) روابط ضریب دبی در بازه­ی هد نسبی 2/0-1/0 و 9/0-2/0 در مجموع با 18 سری داده ارائه شده است. در گام دوم با طراحی مدل­های آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی، رابطه استخراج شده با استفاده از روش RSM-CCD  با دیگر روابط هیدرولیکی سرریزهای کلید پیانویی با استفاده از شاخص­های آماری و در قالب نمودار ضریب دبی­-هدنسبی مورد مقایسه و اررزیابی قرار گرفت. مقادیر شاخص­های آماری حاصل از تعمیم رابطه­ی ضریب دبی به روش RSM-CCD، به 115 داده­ی آزمایشگاهی اندرسون (2011) به ترتیب برای R2 ، MAE، RMSE، 9985/0 ،0034/0 و 0041/0 می­باشد که نشان دهنده­ی دقت این روش علی رغم استفاده از تعداد داده کمتر است. ارزیابی روابط هیدرولیکی ارائه شده برای پیش­بینی ضریب دبی مدل فیزیکی سرریز کلید پیانویی مطالعه شده در این تحقیق با استفاده از شاخص­های آماری نشان دهنده­ی عملکرد مطلوب روابط لیت ریبیرو و همکاران(2012) و میشلز (2012) است. مقادیر R2 ، MAPE، RMSEبه ترتیب برای دو رابطه­ی ذکر شده عبارتند از 99/0 ، 05/5 %، 063/0 و 96/0، 8/6 %، 071/0 می­باشد. مقایسه­ی نمودار ضریب دبی –هدنسبی استخراج شده برای روابط ضریب دبی حاصل از روش RSM-CCD و مدل آزمایشگاهی، نشان­دهنده­ی افزایش دقت این رابطه با افزایش هد نسبی جریان است بگونه­ای که مقادیر MAPE محاسبه شده برای بازه­ی هد نسبی 3/0-1/0 و بازه­ی هد نسبی 3/0-8/0 به ترتیب 11% و 25/1­% است که میتواند در پیش بینی ضریب دبی در هد نسبی بالا مورد توجه قرار گیرد.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Assessing Experimental Relationships and Numerical Modeling for Predicting Discharge Coefficient of Rectangular Piano Key Weirs using Response Surface Methodology

نویسندگان English

Akbar Safarzadeh 1
Hooshang Velayati 2
1 Faculty Member, Water Engineering Group, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University
2 MsC of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili
چکیده English

This study examines the hydraulic relationships provided for piano-key weirs. The hydraulic relationships presented by researchers in various sources include multiple geometric parameters in some cases, while others focus only on a limited number of these parameters. In the first step, using the RSM-CCD method and data from Anderson's study (2011), the discharge coefficient relations were derived in the relative head ranges of 0.1-0.2 and 0.2-0.9, with a total of 18 data points. In the second step, through laboratory and numerical model designs, the derived relationship using the RSM-CCD method was compared and evaluated against other hydraulic relationships for piano-key weirs. This comparison was done using statistical indices and the discharge-head ratio charts. The statistical index values obtained from generalizing the discharge coefficient relation using the RSM-CCD method to Anderson's (2011) 115 laboratory data points were R² = 0.9985, MAE = 0.0034, and RMSE = 0.0041, indicating the accuracy of this method, despite using fewer data points. Evaluation of the hydraulic relationships presented for predicting the discharge coefficient of the physical model of the studied piano-key weir, using statistical indices, shows the good performance of the relationships by Liet-Ribeiro et al. (2012) and Michaels (2012). The R², MAPE, and RMSE values for these two relationships are 0.99, 5.05%, 0.063, and 0.96, 6.8%, 0.071, respectively. Comparison of the discharge-head ratio charts derived from the RSM-CCD method and laboratory models shows that the accuracy of this relationship increases with increasing relative flow head. The MAPE values for the relative head ranges of 0.1-0.3 and 0.3-0.8 were 11% and 1.25%, respectively, which can be considered when predicting discharge at high relative heads.

کلیدواژه‌ها English

Piano key weir
Discharge coefficient
RSM-CCD
Experimental model
Numerical model