دانلود پايان‌نامه دكتري در رشته مهندسي عمران- آب و محيط زيست –بررسي مدلهاي شبكه¬اي به عنوان روشي عددي براي حل معادلات آبهاي زيرزميني

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

دانشكده مهندسـي

 

 

پايان‌نامه دكتري در رشته مهندسي عمران- آب و محيط زيست –

بررسي مدلهاي شبكه­اي به عنوان روشي عددي براي حل معادلات آبهاي زيرزميني

 

تير ماه 1392

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکيده

 

 

بررسي مدلهاي شبكه­اي به عنوان روشي عددي براي حل معادلات آبهاي زيرزميني

 

 

به کوشش

پرژنگ منجمي

 

 

روشهاي شبکه­اي از جمله پر کاربردترين ابزارهاي مدلسازي آبهاي زيرزميني مي­باشند که طي دو دهه‌ی اخير گسترش و مقبوليت فراواني يافته­اند. از ديگر سوي، پيشرفت قدرت محاسباتي کامپيوترها و سادگي دسترسي به آنها باعث توسعه‌ی سريع روشهاي عددي براي حل مسائل آبهاي زيرزميني گرديده‌اند. در اين تحقيق سعي شده تا با نگرشي نو به روشهاي شبکه­اي، اين روشها به عنوان يک مدل عددي براي شبيه­سازي نحوه‌ی حرکت آبهاي زير زميني، معرفي شوند. بدين منظور، با جايگزين کردن شبکه­اي مربعي به جاي محيط متخلخل و حل شبکه‌ی مزبور، دستگاهي از معادلات جبري بدست آمده که با حل آنها، توزيع هد هيدروليکي درون محيط متخلخل معلوم مي‌گردد. همچنين با ايجاد اصلاحاتي در شبکه‌ی مذکور از جمله افزودن اعضا‌ی قطري و به کارگيري اعضا‌ی موهومي، پاسخهاي دقيقتري بدست آمده است. در نهايت، با توسعه‌ی اين مدل شبکه­اي، يک مدل غير نظام­مند جهت حل جريان در يک شبکه‌ی دلخواه ارائه ­شده است. براي صحت سنجي مدل، مسائل گوناگوني حل شده و پاسخها با روشهاي عددي تفاضل محدود و عناصر محدود در حالتهاي ماندگار و نا­ماندگار مقايسه گرديده­اند. مسائل ماندگار حل شده در اين تحقيق عبارتند از: شبيه سازي جريان بدون حضور چشمه و چاه (معادله­ي لاپلاس) در دامنه­هاي مربعي، مستطيلي، مثلثي، تقاطع °90 و عبور جريان از اطراف استوانه و شبيه سازي جريان با حضور چاه (معادله­ي پواسون) در دامنه­ي مستطيلي. مسايل ناماندگار بررسي شده نيز شامل شبيه سازي جريان دردامنه­هاي يک بعدي و مربعي است. نتايج بدست آمده از حل اين مسائل، بيانگر اين موضوع است که اولاً، روشهاي شبکه­اي را مي­توان به عنوان ابزاري عددي توسعه داده و براي مدلسازي جريان در محيط متخلخل از آنها استفاده نمود. ثانياً، بهره­گيري از اعضای قطري و موهومي باعث رسيدن به پاسخهايي دقيقتر از روشهاي تفاضل محدود و عناصر محدود مي­شود. مزيت ديگر روش شبکه­اي امکان ساخت آزمايشگاهي اين مدل مي­باشد. در اين تحقيق شبکه‌اي از لوله­ها در آزمايشگاه ساخته شد و مسائلي چون حرکت آب در اطراف يک مستطيل غير قابل نفوذ، درمحيطي با مرزهاي مرکب، در زير پرده‌ی آب­بند سد، در آبخوان آزاد و در آبخواني ناهمگن و ناهمسان، توسط آن بررسي گرديد. نتايج بدست آمده از مجموعه‌ی اين آزمايشها نشان داد که اولاً، اين وسيله‌ی آزمايشگاهي از نقطه نظر ساخت و کاربري، نسبت به وسايل ديگري چون جعبه شني، گويهاي کروي، مدارهاي الکتريکي و ساير مدلهاي آزمايشگاهي متداول، ساده­تر بوده و ثانياً، به رغم سادگي، نتايج حاصل ازآن تطابق خوبي با جوابهاي عددي ارائه شده در تحقيق دارد.


 

 

 

 

فهرست مطالب

 

 

عنوانصفحه
  1. کليات 1

1-1 مقدمه 1

1-2 هدف از انجام اين تحقيق 2

1-3 روش انجام تحقيق 4

1-4 نوآوري تحقيق 5

1-5 ساختار پايان نامه 5

  1. پيشينه‌ي تحقيق 7

2-1 مقدمه 7

2-2 انواع مدلها 9

2-2-1 مدلهاي رياضي (mathematical models) 9

2-2-1-1 طبقه ‌بندي مدلهاي رياضي 10

2-2-1-2 معادله‌ي حاکم بر آبهاي زير زميني 10

2-2-2 مدلهاي فيزيکي (physical models) 13

2-2-3 مدلهاي تمثالي(analog models) 15

2-2-3-1 مدلهاي شبکه‌اي Pore Network Models (PNMs) 16

2-2-3-2 مدلهای سیال لزج (viscous fluid models) 25

2-2-3-3 مدلهاي غشايي (membrane models) 26

2-2-3-4 مدلهاي حرارتي (thermal models) 26

2-2-3-5 مدلهاي الکتريکي (electrical models) 27

َ2-3 روشهاي عددي 28

2-3-1 روش تفاضل محدود (finite difference method) 29

2-3-2 روش حجم محدود (finite volume method) 32

2-3-3 روش عناصر محدود (finite element method) 34

2-3-4. روش عناصر مرزي (boundary element method) 36

2-3-5 روش عددي ديفرانسيل كوادراچر (differential quadrature method) 39

2-3-6 روشهاي طيفي (spectral methods) 40

  1. معرفي روش شبکه‌اي به عنوان روشي عددي براي حل معادله‌ي آبهاي زيرزميني 41

3- 1 مقدمه 41

3-2 مباني تئوريکي روشهاي شبکه‌اي 42

3-2-1 معادله‌ي حاکم بر روش شبکه‌اي 42

3-2-2 معادله‌ي جبري حاکم بر روش شبکه‌اي در حالت ماندگار 45

3-2-3 تأثير ناهمگني و ناهمساني بر معادلات جبري حاکم 50

3-2-4 تزريق و برداشت 51

3-2-5 معادله‌ي جبري حاکم بر روش شبکه‌اي در حالت ناماندگار 51

3-2-6 آبخوان محصور و آزاد 52

3-2-7 اصلاح روش شبکه‌اي 53

3-2-7-1 بهبود با بهره گرفتن از افزايش اتصال گره‌ها 53

3-2-7-2 بهبود با بهره گرفتن از نحوه‌ي مدل کردن گره‌هاي مرزي 57

3-2-8 معادله‌ي حاکم در حالت کلي 59

3-2-9 تأثير شکل هندسي مجاري بر روش شبکه‌اي 61

3-2-9-1شکل مجاري 61

3-2-9-2 معادله‌ي حاکم 62

3- 3 مدل آزمايشگاهي 70

3-3-1 مقدمه 70

3-3-2 نحوه‌ي ساخت مدل آزمايشگاهي 70

3-3-3 روش انجام آزمايش 71

3-3-3-1محيط همگن و همسان با هد ثابت 72

3-3-3-2 آزمايش آبخوان آزاد 72

3-3-3-3 آزمايش لايه‌ي غير قابل نفوذ 72

3-3-3-4 آزمايش ناهمگن و ناهمسان بودن محيط متخلخل 73

3-3-3-5 آزمايش جريان ناماندگار 74

  1. مثالهاي عددي و آزمايشگاهي و بحث در نتايج به دست آمده 75

4-1 مقدمه 75

4-2 مثالهاي عددي 76

4-1-1 مثال 1) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مربعي و شرايط               مرزي شكل 4-1 76

4-1-2 مثال 2) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مربعي و شرايط مرزي         شكل 4-5 87

4-1-3 مثال 3) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مستطيلي و شرايط           مرزي شكل 4-8 91

4-1-4 مثال 4) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مثلثي و شرايط مرزي     شكل4-11 94

4-1-5 مثال 5) مسأله‌ي حالت ماندگار با وجود چاه در محدوده‌ي مستطيلي             و شرايط مرزي شكل 4-14 97

4-1-6 مثال 6) مسأله‌ي حالت ماندگار در دامنه‌اي L شكل و شرايط                  مرزي شكل 4-17 99

4-1-7 مثال 7) مسأله‌ي حالت ناماندگار يك بعدي 101

4-1-8 مثال 8) مسأله‌ي حالت ناماندگار دو بعدي 104

4-1-9 مثال 9) مسأله‌ي حالت ماندگار با شرايط مرزي منحني 107

4-1-10 مثال 10) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مستطيلي و               شرايط مرزي شكل 4-25 110

4-1-11 مثال 11) مسأله‌ي حالت ماندگار در محدوده‌ي مثلثي و شرايط           مرزي شكل 4-27 113

4-3 مثالهاي آزمايشگاهي 116

4-3-1 آزمايش 1) جريان در اطراف يك مانع مستطيلي 117

4-3-2. آزمايش 2) جريان با شرايط مرزي مركب 120

4-3-3 آزمايش 3) جريان از زير پرده‌ي آب بند 122

4-3-4 آزمايش 4) جريان در آبخوان آزاد 124

4-3-5 آزمايش 5) جريان در آبخوانی ناهمگن و ناهمسان 127

  1. نتيجه‌گيري و پيشنهادات 132

پيوستها 134

پيوست 1. حل تحليلي مثال 1 134

پيوست 2. حل تحليلي مثال 2 136

پيوست 3. حل تحليلي مثال 3 137

پيوست 4. حل تحليلي مثال 4 138

پيوست 5. حل تحليلي مثال 5 140

پيوست 6. حل تحليلي مثال 7 142

پيوست 7. حل تحليلي مثال 8 144

پيوست 8. حل تحليلي مثال 9 146

پيوست 9. حل تحليلي آزمايش 4 146

فهرست منابع 148


 

 

 

فهرست شکلها

 

 

عنوانصفحه

 

شکل 2- 1. فلوچارت مدل کردن آب زيرزميني (Baalousha, 2008) 7

شکل 2- 2. المان دو بعدي در محيط متخلخل 11

شکل 2- 3. آبخوان غير محصور 12

شکل 2- 4. المان به کار رفته در مدل شبکه‌اي (Marios and Ioannis, 1992) 17

شکل 2- 5. سطح مقطعهاي مختلف مجراهایPNM (Man and Jing, 2000) 17

شکل 2- 6. شکلهاي مورد استفاده در شبيه سازي حفرات و مجاري موجود در محيط متخلخل (Acharya et al., 2004) 18

شکل 2- 7. نحوه‌ی ساخت مجاري ارتباطي (Acharya et al., 2004) 18

شکل 2- 8. نمودارضريب نفوذ پذيري ذاتي بر حسب تخلخل  (Acharya et al., 2004) 19

شکل 2- 9. مقايسه‌ي بين ضريب نفوذ پذيري به دست آمده با بهره گرفتن از معادله‌ي   Carman-Kozeny و روش شبکه‌اي (Acharya et al., 2004) 19

شکل 2- 10. مقايسه‌ي بين پروفيل سرعت در حفرات با بهره گرفتن از (a)آزمايش                 و (b) روش شبکه‌اي (Mazaheri et al., 2005) 20

شکل 2- 11. نشان دادن فرضيات مبني بر به دام افتادن آب در هنگام زهکشي       (Joekar et al., 2008) 20

شکل 2- 12. نشان دادن به دام افتادن هوا در يک مجراي تنها و مجموعه‌اي از مجراها (Joekar et al., 2008) 21

شکل 2- 13. مقايسه‌ي بين جوابهاي مختلف به دست آمده از مدل و آزمايش           (Joekar et al., 2008) 21

شکل 2- 14. نمايش اتصال يک گره به بيست و شش گره مجاور                           (Raoof and Hassanizadeh, 2010) 22

شکل 2- 15. تاثير تعداد شبکه‌ها در فشار ورودي و زمان رسيدن جبهه‌ي                       آب و DNAPL (Nsir and Schafer, 2010) 22

شکل 2- 16. تاثير شکل سطح مقطع در نمودارهاي P-s و α-S (Joekar et al., 2010) 23

شکل 2- 17. مقايسه‌ي بين جوابهاي به دست آمده از مدل و آزمايش براي               منحني‌هاي P-s, α-S (Joekar et al., 2010) 23

شکل 2- 18. تاثيرشکل سطح مقطع در نمودارهاي P-s, α-S (Jiang et al., 2012) 24

شکل 2- 19. شبکه بندي دامنه‌ي مورد نظر با بهره گرفتن از روش تفاضل محدود.                 (a) فواصل منظم. (b) فواصل غير منظم (, 2010.et al Bear) 29

شکل 2- 20. ارتباط گره‌هاي مختلف با بهره گرفتن از روش تفاضل محدود رايج           (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 21. ارتباط گره‌هاي مختلف با بهره گرفتن از روشهاي غير رايج تفاضل محدود   (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 22. ارتباط گره‌هاي مختلف با بهره گرفتن از روشهاي غير رايج تفاضل محدود         براي مرزهاي غير منظم. شبکه بندي لانه زنبوري (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 23. مقايسه‌ي بين شبکه بندي (a) کارتزين تفاضل محدود و                         (b) غير متعامد حجم محدود (Louydi et al., 2007) 32

شکل 2- 24. شبکه بندي دامنه‌ي مورد نظر با بهره گرفتن از روش حجم محدود           (Chung, 2002) 33

شکل 2- 25. سطوح کنترل بين گره‌هاي 1 و 7 (Chung, 2002) 33

شکل 2- 26. نحوه‌ي شبکه بندي و نقاط مؤثر در روش ديفرانسيل کودراچر             (Iserles, 2009) 39

شکل 2- 27. نحوه‌ي شبکه بندي و نقاط مؤثر در روش ديفرانسيل کودراچر محلي   (Iserles, 2009) 40

شکل 3- 1. ساختار شبکه‌ی مستطيلي روش شبکه‌اي (RPNM) 43

شکل 3- 2. الماني نشان داده شده از روش RPNM 43

شکل 3- 3. گره داخلي دلخواه از شبکه‌ي مربعي (SPNM) 45

شکل 3- 4. نمايش محاسباتي گره داخلي از SPNM 46

شکل 3- 5. نمايش سه نوع شرط مرزي مختلف روي دامنه‌اي دلخواه از SPNM 47

شکل 3- 6. نمايش گرهي دلخواه واقع بر مرزي با شرايط     48

شکل 3- 7. در نظر گرفتن نقطه اي بيرون از مرز براي بررسي شرايط      48

شکل 3- 8. در نظر گرفتن نقطه‌اي بيرون از مرز براي بررسي شرايط         49

شکل 3- 9. کاهش قطر به منظور مدل سازي کاهش ضريب هدايت هيدروليکي 50

شکل 3- 10. اضافه نمودن اعضاي قطري به شبکه‌ي مربعي SDPNM 54

شکل 3- 11. گره داخلي دلخواه از SDPNM 54

شکل 3- 12. نمايش محاسباتي گرهي داخلي از SDPNM 55

شکل 3- 13. نمايش سه نوع شرط مرزي مختلف روي دامنه‌اي دلخواه از SDPNM 55

شکل 3- 14. افزايش طول لوله بجاي کاهش قطر آن براي شبيه سازي کاهش              ضريب هدايت هيدروليکي 60

شکل 3- 15. نحوه‌ي اتصال يک گره به گره‌هاي مجاور در UPNM 60

شکل 3- 16. نحوه‌ي تغيير سطح مقطع در طول لوله 62

شکل 3- 17. ساختار شبکه‌ی غير منشوري SPNM 63

شکل 3- 18. گرهي داخلي از شبکه‌ی غير منشوري SPNM 64

شکل 3- 19. نمايش محاسباتي گرهي داخلي از شبکه‌ی غيرمنشوري SPNM 64

شکل 3- 20. ساختار شبکه‌ی غيرمنشوري SDPNM 65

شکل 3- 21. گرهي داخلي از شبکه‌ی غير منشوري SDPNM 65

شکل 3- 22. نمايش محاسباتي گرهي داخلي از شبکه‌ی غيرمنشوري SDPNM 66

شکل 3- 23. (a) مدل آزمايشگاهي (b) نمايي شماتيک از مدل 71

شکل 3- 24. مدل آزمايشگاهي براي شبیه سازي آبخوان آزاد 72

شکل 3- 25. (a) وجود پرده‌ي آب بند در محيط متخلخل واقعي. (b) نحوه‌ي              شبيه سازي پرده‌ي آب بند در آزمايشگاه 73

شکل 3- 26. افزايش طول لوله‌هاي مدل آزايشگاهي به منظور شبيه سازي                 کاهش ضريب نفوذ پذيري 74

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است

تعداد صفحه :193

قیمت : 14700 تومان

***

—-

:       

****         serderehi@gmail.com

جستجو در سایت : کلمه کلیدی خود را وارد نمایید :
 
 
Categories: عمران

8 Comments

Comments are closed.