برآورد توزیع سرعت متوسط عمقی و تنش برشی در مجاری مثلثی روباز با استفاده از سیستم های خبره
چکیده
کانال های مثلثی دارای کاربردهای متنوع در بسیاری از مسائل انتقال رسوب و مهندسی آب و فاضلاب هستند. بدین منظور بررسی شرایط جریان در این مقاطع از اهمیت ویژه ای برخوردار است. محققین روش های مختلفی را برای برآورد پروفیل سرعت و توزیع تنش برشی در مقاطع منشوری ارائه کرده اند. با این حال به علت پیچیدگی و غیرخطی بودن پروفیل های سرعت و تنش برشی در جریان کانال باز، هیچ رابطه ساده ای وجود ندارد که بتواند به طور کامل پروفیل سرعت و توزیع تنش برشی را ترسیم کند. در این تحقیق رهیافتی کارآمد به منظور مدلسازی سرعت موضعی و هم چنین برآورد سرعت متوسط عمقی، در مجاری مثلثی روباز با توزیع زبری یکنواخت و غیر یکنواخت با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی و سیستم تطبیقی استنتاج فازی- عصبی (anfis)توسعه یافته است. برای تعیین پروفیل های سرعت و توزیع تنش برشی در مجاری مثلثی متقارن با توزیع زبری یکنواخت و غیر یکنواخت، داده های مورد استفاده برای آموزش و تست شبکه از کارهای گیوه چی در آزمایشگاه دانشگاه فردوسی، جمع آوری گردید. در این تحقیق با در نظر گرفتن هندسه مقطع، زبری و نحوه توزیع آن و جریان های ثانویه و با استخراج دانش از اطلاعات عددی، قابلیت مدل های توسعه یافته، برای شبیه سازی سرعت موضعی و توزیع تنش برشی در کانال های مثلثی روباز، بررسی و سپس این مدل ها برای طراحی سرعت متوسط عمقی، اعمال می شود. در این مطالعه با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی، شبکه های پرسپترون چندلایه و ماشین های ترکیبی، و با بهره جستن از سیستم تطبیقی استنتاج فازی - عصبی (anfis)، روش افراز شبکه ای و روش خوشه بندی فازی کاهشی مورد استفاده قرار گرفت. در مدلسازی سرعت موضعی در مقاطع مثلثی متقارن با توزیع زبری یکنواخت و غیریکنواخت به ترتیب بهترین نتایج مربوط به مدل anfis4 با r2، rmse و mae برابر با 88/95، 018/0 و 012/0 و مدل ann3 برابر با 66/91، 012/ و 009/0 است. در مدلسازی توزیع تنش برشی در مقاطع مثلثی متقارن با توزیع زبری یکنواخت و غیریکنواخت به ترتیب مدل ann2 با r2، rmse و mae برابر با 69/78، 5-10×73/4 و 5-10×03/2 و برابر با 16/73، 5-10×49/3 و 5-10×07/2 دارای قدرت تخمین بسیار بالایی می باشد. مقایسه نتایج نشان داد که سیستم های خبره، قابلیت کاربرد در شبیه سازی سرعت موضعی و تعیین توزیع تنش برشی داشته و رهیافت جدید ارائه شده توانسته است پروفیل های سرعت و توزیع تنش برشی را با دقت زیادی منطبق با مقادیر میدانی برآورد نماید.