عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی یک بعدی جریان ناشی از شکست سد در مناطق شهری و روستایی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه‌های هیدرولیکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1421;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45639
- تاریخ دفاع
- ۰۳ مرداد ۱۳۸۹
- دانشجو
- نیما چیت سازان
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی بنی هاشمی
- چکیده
- در این پایان نامه یک مدل عددی برای شبیه سازی همزمان شبکه ای از کانال ها و لوله ها ارائه شده است. هدف از ارائه این مدل، شبیه سازی سیل ناشی از شکست سد در محیط های مسکونی می¬باشد، که برای این منظور محیط شهری به صورت شبکه ای از مجاری سطح آزاد با مقطع مستطیلی وشبکه¬ی جمع آوری آبهای سطحی که پس از ورود سیل به حالت تحت فشار عمل می¬نماید فرض شده است. برای شبیه سازی شبکه کانال های باز از معادلات مربوط به شبیه سازی جریان سطح آزاد در یک بعد که به معادلات سنت ونانت معروف میباشند استفاده شده است. روشهای موجود برای حل معادلات فوق الذکر به دو دسته کلی صریح و ضمنی تقسیم بندی میشوند. در این پایان نامه از سه روش McCormack, HLL(Finite Volume) و PRIESSMANN (HEC-RAS) برای حل شبکه کانال ها استفاده شده است. دو مورد اول جزء روش های صریح و مورد آخر جزء روش های ضمنی میباشد. برای مدل سازی شبکه لوله ها ابتدا معادلات جریان های تحت فشار مورد بررسی قرار گرفته اند، سپس دو روش برای حل عددی آنها ارائه شده است. روش اول شکاف پرایز من میباشدکه در آن با فرض شکافی مجازی جریان به حالت سطح آزاد تبدیل شده و معادلات سنت ونانت به جای معادلات جریان در حالت تحت فشار حل میگردند. روش دوم بر اساس فرض ستون آب صلب و سرعت موج فشاری بسیار زیاد استوار است. در این روش شبکه تحت فشار در هر مرحله زمانی با توجه به شرایط موجود در مرزها به صورت دائمی مورد حل قرار میگرد. از بین دو روش ذکر شده روش دوم برای ارتباط با شبکه سطح آزاد انتخاب شده است. اتصال دو شبکه به یکدیگر بر اساس همسانی دبی در محل منهول ها انجام میگیرد بدین معنی که در هر مرحله زمانی تراز آب روی هر منهول با دبی ورودی به آن با توجه به حل شبکه تحت فشار مطابقت داشته و همزمان در شبکه سطح آزاد تراز آب در نقطه منهول با دبی خروجی از شبکه تطابق دارد. مدل معرفی شده در این پایان نامه در محیط MATLAB تولید شده و دارای قابلیت شبیه سازی همزمان جریان های تحت فشار و آزاد میباشد. و نتایج حاصل از آن دارای انطباق خوبی با نتایج بدست آمده از حل تحلیلی و برنامه HEC-RAS میباشند.
- Abstract
- A numerical model for simulating pressurized and free surface flows simultaneously is presented. Purpose of developing this code is simulation of dam-break flood in urban and rural areas. The urban area is assumed as a free surface network which is linked with sewer network while it works as a pressurized system. St. Venant equations are used for describing the free surface flow. Methods for solving these equations are generally categorized in two main groups, implicit and explicit. In these dissertation methods of HLL (Finite Volume), MacCormack and Priessmann (HEC-RAS) are being used. Among them the last one is implicit and two others are explicit. For modeling pipe network the equations of pressurized flows and two methods for simplifying them are introduced. The former using the idea of PRIESSMANN SLOT, which transform an under pressure flow to a free surface one using an artificial slot at the top of the cross-section of pipe all along it the latter , based on considering water a rigid column which means the pressure wave celerity is very high. In this method at each time step under pressure network is being solved using methods for solving steady flows. Among these methods the second one is chosen for being linked to the free surface network. Linking of the two networks is based on equality of manhole’s discharges. Which means in each time step the head among the manhole must be compatible to entrance discharge of them, according to under pressure network solution. Simultaneously the exit discharge of free surface network should match the water elevations in each point based on free surface calculation. The introduced model has been developed in MATLAB and is able to simulate under pressure and free surface flows at the same time. The results match with analytical and HEC-RAS outputs.
