عنوان پایان‌نامه
بهبود و ارتقا الگوریتم مدلسازی هیدرودینامیکی دو بعدی CE-QUAL-W۲
- رشته تحصیلی
- مهندس عمران- مهندسی محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1641;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53180
- تاریخ دفاع
- ۲۷ تیر ۱۳۹۰
- دانشجو
- سپیده یزدخواستی
- استاد راهنما
- مسعود منتظری نمین
- چکیده
- کنترل آلاینده¬ها و ارتقای شاخص¬های کیفی منابع آب و محیط¬زیست از رویکردهای مدیریت منابع آب محسوب میشود. مدلسازی کمی و کیفی سیستم¬های آبی یکی از مبانی اولیه در تحلیل منابع آب است که در تامین این مهم ابزار کارآمدی به¬شمار می¬آید.مهمترین ویژگی یک مدل عددی مناسب و کارا آنست که، اولاً مدل با کمترین هزینه ها هم به لحاظ هزینه های زمانی جهت ســـاخت و توســعه و صحت ســـنجی مدل و هم به لحاظ هـــزینه های لازم جهت تهیه اطلاعات مورد نیاز آن همراه باشد.ثــــــانیاً مدل دارای سرعت مناسب اجرا و همچنین قابلیت اعتبارسنجی از طریق تطابق با سایر نتایج به دست آمده باشد. در بین مدل¬های موجود نرم¬افزار CE-QUAL-W2 قابلیت شبیه¬سازی تعداد زیادی از پارمترهای کیفی را داراست. این نرم¬افزار با اعمال حدود 30 پارامتر کیفی اصلی و 60 پارامتر اشتقاقی و تداخل چرخه¬های آنها نتایج خوبی ارائه نموده است. درعین حال مواردی یافت می¬شود که در آنها پاسخ مدل با مقادیر واقعی تطابق ندارد. این عدم تطابق ناشی از صرفنظر از مولفه شتاب در جهت قائم نسبت به سایر مولفه¬های فشار است. این فرض ساده¬کننده در کلیه مدل¬های دارای فرض فشار هیدروستاتیک درنظر گرفته شده است. در این مطالعه یک مدل غیرهیدرواستاتیک دوبعدی برای مخزن نوشته شده است و این مدل جایگزین زیربرنامه هیدرودینامیک نرم¬افزار CE-QUAL-W2 شده است. در منفصل¬سازی معادلات، ضمن استفاده از روش تفکیک زمانی، روش احجام محدود در یک شبکه جابه¬جا شده مورد استفاده قرار گرفته است. نکته حائز اهمیت در حل عددی مسائل مبتنی بر عدم فرض فشار هیدرواستاتیک نحوه کوپل کردن سرعت و فشار می¬باشد، زیرا مولفه-های سرعت در هر سه معادله اندازه حرکت (در دو بعد افقی و عمودی) و پیوستگی حضور داشته، اما مولفه فشار با وجود اینکه در هر دو معادله اندازه حرکت درگیر است، ولی معادله جداگانه¬ای برای خود ندارد. بنابراین در معادلات ناویر- استوکس تراکم¬ناپذیر، هیچگونه ارتباط مستقیمی بین معادله پیوستگی و معادلات اندازه حرکت، به¬لحاظ فشار وجود ندارد، ازاینرو میدان فشار می¬بایست به¬عنوان قسمتی از محاسبات تعیین شود. برای غلبه بر این مشکل و ایجاد ارتباط بین این معادلات، لازم است با انجام عملیات ریاضی تغییراتی در معادله پیوستگی ایجاد شود تا جمله فشار را نیز دربرگیرد. در این راستا راهکارهای مختلفی ارائه شده که یکی از آن¬ها روش تراکم¬پذیری مصنوعی است. در این روش که بیشتر در جریان¬های با چگالی ثابت استفاده می¬شود، گرادیان فشار نسبت به یک پارامتر شبیه به زمان به معادله پیوستگی افزوده می¬شود که در مدل حاضر نیز از این روش استفاده شده است. مقایسه نتایج مدل و داده¬های آزمایشگاهی بیانگر این مطلب است که عملکرد مدل در مسائلی که شتاب قائم حائز اهمیت است بهبود چشمگیری پیدا کرده است.
- Abstract
- Quantity and Quality modeling of water systems is one of the primary tools in water resource management. The most important considerations for improve a sufficient model are its expenses in gathering data and running time and its verification with field data. CE-QUAL-W2 is a software with specific ability in modeling the high number of quality parameters rather than similar software. This model is one of the most powerful and often-used software in quality and quantity modeling of water systems, particularly reservoir, that can simulate interaction between 29 state variables and over 60 derived variables. ; But in one condition the output of model is not similar to real data that is the result of hydrostatic supposition in this model. In the Hydrostatic models suppose that vertical accelerator is negligible rather than other pressure terms. This supposition can lead to inaccurate result when vertical accelerator is significant. In this thesis, a 2DV non-hydrostatic model is improved for reservoirs and substituted instead of Hydrodynamic subroutines of CE-QUAL-W2. The equations have been solved in a time splitting procedure on the staggered grid. In this kind of problems, the pressure term appears only in the momentum equations, but not in the continuity equation. This is the main reason why the 2DV equations require an entirely different numerical solution approach. One of the possible solutions is ‘artificial compressibility’ approach, in which the derivative of the pressure in time appears in the continuity equation. Using this method and exchanging the hydrodynamic subroutine of CE-QUAL-W2 represent an improvement in the results of modeling in such a condition that vertical accelerator has an important role.
