اهمیت و کاربرد خط کانال

علاوه بر پسران الکترونیکی مجلات علمی در همان زمان انتشار ، مقالات و مطالب منتشر شده در این رسانه را مشاهده کنید

به لطف هشدارها و اخبار در همه زمان ها مطلع شوید

دسترسی به تبلیغات اختصاصی در اشتراک ها ، انتشار و دوره های معتبر

مجله تحقیقات و فناوری کاربردی (JART) یک مجله دسترسی آزاد است که مقالات مربوط به برنامه های نوآورانه ، توسعه فناوری های جدید و راه حل های کارآمد در مهندسی ، محاسبات و تحقیقات علمی را منتشر می کند. JART نسخه های خطی توضیحات اصلی را منتشر می کند ، با نتایج قابل توجهی بر اساس کار تجربی ، نظری و عددی.

این مجله هزینه ارسال ، پردازش ، انتشار نسخه های خطی یا تولید مثل رنگ عکس ها را پرداخت نمی کند.

JART تحقیقات را در زمینه های اصلی زیر طبقه بندی می کند:

مواد بیولوژیکی علوم مواد ، کربن ، سرامیک ، کامپوزیت ، فلزات ، پلیمرها ، فیلم های نازک ، مواد و نیمه هادی ها عملکردی دارند.

علوم کامپیوتر گرافیک و تجسم ، برنامه نویسی ، تعامل انسان و رایانه ، شبکه های عصبی ، پردازش تصویر و مهندسی نرم افزار.

تحقیقات عملیات مهندسی صنایع ، مهندسی سیستم ، علوم مدیریت ، سیستم های پیچیده و کاربردهای سایبرنتیک و فناوری های اطلاعاتی

مهندسی الکترونیکی فیزیک حالت جامد ، مهندسی رادیو ، ارتباطات از راه دور ، سیستم های کنترل ، پردازش سیگنال ، الکترونیک برق ، دستگاه های الکترونیکی و مدارها و اتوماسیون.

دستگاه های مهندسی و اندازه گیری علوم ابزار دقیق (فشار ، دما ، جریان ، ولتاژ ، فرکانس و غیره) ، مهندسی دقیق ، دستگاه های پزشکی ، ابزار دقیق آموزش (دستگاه ها و نرم افزار) ، سنسور فناوری ، مکاترونیک و روباتیک.

فهرست بندی شده در:

Scopus ؛SCIELO ؛Latindex ؛تناوبی؛redalyc ؛کنگره

ما را دنبال کنید:

SRJ یک متریک پرستیژ است که بر اساس این ایده است که همه استنادها یکسان نیستند. SJR از الگوریتم مشابه به عنوان رتبه Google Page استفاده کنید. این امر به اندازه گیری کمی و کیفی تأثیر ژورنال ارائه می دهد.

SNIP تأثیر استناد به متنی را با استناد به استنادها بر اساس تعداد کل استناد در یک زمینه موضوع اندازه گیری می کند.

• چکیده
• کلید واژه ها
• مقدمه
• از دست دادن آب
• مشکل طراحی

• چکیده
• کلید واژه ها
• مقدمه
• از دست دادن آب
• تلفات آب به دلیل نشت
• تلفات آب به دلیل تبخیر
• از دست دادن آب کل
• معادله مقاومت
• مشکل طراحی
• روش شناسی
• الگوریتم ژنتیک
• برنامه نویسی درجه دوم ثانویه
• نتایج
• نتیجه گیری
• کتابشناسی - فهرست کتب

امروزه افزایش جمعیت جهان و در نتیجه تقاضای رشد، محققان را وادار کرده است تا شبکه های کانال آب بهتری را بررسی کنند که آب بسیار بیشتری را توزیع می کند و حداقل کیفیت آن را حفظ می کند. فرمول های طراحی کانال به صراحت برای مقاطع مختلف با در نظر گرفتن حداقل مساحت به دست آمده است، اما طراحی بهینه مقاطع کانال با در نظر گرفتن تلفات تراوش و تبخیر هنوز یک منطقه باز برای مطالعه است. در این مطالعه، دو الگوریتم مختلف برای این مسئله اعمال شده و نتایج با الگوریتم موجود در ادبیات مقایسه شده است. در بهینه سازی از الگوریتم ژنتیک و تکنیک برنامه نویسی درجه دوم متوالی استفاده می شود. مقاطع مثلثی، مستطیلی و ذوزنقه ای شکل بهینه شده اند. مشاهده می شود که هر دو الگوریتم نتایج دقیق تری نسبت به ادبیات ارائه می دهند.

آب عنصر کلیدی حیات است و اهمیت آن برای موجودات زنده در طول قرن ها تغییر نکرده است. اگرچه امروزه تحقیقات و در نتیجه اختراعات زیادی در مورد مواد جدید صورت می گیرد، اما راه حل ساده برای استفاده موثر از آب همچنان به اندازه آنها اهمیت دارد [1]. صرفه جویی در آب مصرفی در آبیاری، نظافت، پخت و پز و حتی انتقال انرژی برای یک زندگی پایدار ضروری است [2].

بیشتر آب مورد استفاده بشر در آبیاری مصرف می شود. در طول سالیان متمادی روش های مختلف آبیاری استفاده می شود، اما آب همیشه با استفاده از کانال ها انتقال و توزیع می شود. امروزه افزایش جمعیت جهان و در نتیجه تقاضای رشد، محققان را وادار کرده است تا شبکه های کانال آب بهتری را بررسی کنند که آب بسیار بیشتری را توزیع می کند و حداقل کیفیت آن را حفظ می کند. نامشخص بودن ماهیت کانال ممکن است باعث شکست کانال ها در انتقال آب در دوره های پر جریان شود که ممکن است منجر به شکست کلی بسیاری از سیستم های منابع آب سطحی شود. بنابراین هدررفت آب از کانال های آبیاری باید به حداقل برسد.

Swamee و همکاران. نشان داده است که با رسیدن آب به میدان ، بیش از نیمی از آب تأمین شده در راس کانال در نشت و تبخیر از بین می رود [3]. از دست دادن نشت بخش مهمی از کل از دست دادن آب است. در حقیقت ، بخش قابل توجهی از ضرر ناشی از تبخیر است ، اما نشت به ترتیب در یک کانال حتی با مقدار کمی انجام می شود. پوشش صحیح می تواند این از دست دادن نشت را متوقف کند اما تغییر در طول زمان ، یافتن درستی را برای حل مشکل ایجاد می کند. حتی اگر از دست دادن تبخیر با زمان تغییر کند ، زمستان یا تابستان و همچنین شرایط پوشش بتونی (ترک و غیره) بر ضرر نشت تأثیر می گذارد ، می توان آنها را تحت شرایط خاصی تخمین زد. بنابراین ، طراحی یک سطح مقطع کانال باید با توجه به به حداقل رساندن ضرر نشت و از دست دادن تبخیر در طول زمان بهینه شود. در این مطالعه ، یک مشکل مقطع کانال قبلاً تعریف شده با تکنیک های مختلف حل می شود.

به حداقل رساندن منطقه مقطع قبلاً توسط چند محقق مورد مطالعه قرار گرفته است [4]. انواع مختلف مقطع مربوط به آن است: مثلثی [5-6] ، مستطیل [5-6] ، ذوزنقه [5-9] ، پارابولیک [10 12] ، کانال پایین خمیده [13] و دایره [15،21،26 ،27]در این مطالعه فقط مقاطع مثلثی ، مستطیل و ذوزنقه ای نگران هستند که به دلیل استفاده از آنها به عنوان مشکلات معیار بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.

مجموعه های مختلفی از شرایط در نظر گرفته شده است. Guo و Hughes به عنوان پارامتر ورودی ، تخته آزاد را به حساب می آورند [14]. Aksoy و Altan-Sakarya از فرمول Mannig در محاسبه سرعت جریان استفاده کردند [15]. Bhattacharjya شرایط جریان بحرانی را با سایر شرایط ترکیب کرد [16]. جین و همکاران. رویکرد قرعه کشی در تعریف بخش کانال کامپوزیت [17]. Easa و همکاران. معیار پایداری شیب جانبی (شرایط خاک) در نظر گرفته شده است [18].

روشهای مختلف بهینه سازی استفاده می شود (تکنیک جبری مستقیم [19] ، متغیرهای پیچیده و گسترش سری [20] ، روش لاگرانژ [21-22] ، تکنیک های بهینه سازی غیرخطی [3،23] ، برنامه نویسی درجه دوم پی در پی [16] ، رویکرد چند برابر نامشخص Lagrange[13] ، یک مدل ترکیبی از الگوریتم ژنتیکی و مدل ترکیبی برنامه نویسی درجه دوم پی در پی [9] ، الگوریتم ژنتیکی [17] ، بهینه سازی کلونی مورچه [24] برای طراحی کانال های باز. Adarsh مدل عدم اطمینان [25].

همچنین مباحث مختلف به عنوان هدف در نظر گرفته می شود. ماهی قزل آلا هزینه مواد را در نظر گرفت [19]. DAS احتمالات سیل را به حداقل رساند [8]. با این حال مطالعات در مورد حداقل از دست دادن نشت در ادبیات محدود است. کاکیموف تلفات نشت و پوشش کانال را ادغام کرد [20]. Swamee و همکاران.[26-27] هزینه کار و هزینه کار زمین. چاهار همچنین ضرر نشت را در نظر گرفت [13]. Swamee و همکاران.[3 ، 23] از دست دادن نشت در توابع هدف در نظر گرفته شده است.

این مطالعه با هدف ساده سازی مشکل فعلی کانال در مورد تلفات آب انجام شده است. معادلات از دست دادن نشت [5] ، تبخیر در کانال های در حال جریان [28] و مقاومت در جریان کانال باز [29] از ادبیات گرفته شده است. دو الگوریتم مختلف (الگوریتم ژنتیکی و برنامه درجه دوم پی در پی) برای مقایسه نتایج با ادبیات موجود برای ارزیابی اثربخشی آنها استفاده می شود. حداقل بخش از بین رفتن آب برای سه بخش مختلف کانال (مثلثی ، مستطیل و ذوزنقه ای) به دست آمده است. بخش زیر به طور خلاصه مرور کلی از دست می رود. بخش 3 فرمول مسئله را ارائه می دهد و بخش 4 توضیحات مختصری در مورد روش مورد استفاده در مطالعه ارائه می دهد. بخش 5 نتایج را ارائه می دهد و بخش آخر نتیجه گیری تحقیق و برنامه های کاری آینده را ارائه می دهد.

آب با تغییر گاز فاز خود به مایع یا جامد و برعکس ، به طور مداوم روی زمین حرکت می کند. به عنوان رودخانه ها و نهرها جریان می یابد ، به عنوان ابرها در هوا حرکت می کند و در دریاچه ها ، اقیانوس ها و بعضی اوقات به عنوان کوه یخ ذخیره می شود. ما از سدها برای ذخیره آن و کانال ها برای توزیع در جایی که لازم است استفاده می کنیم. آب حین توزیع در مکان هدف ، حرکت خود را ادامه می دهد. با توجه به شرایط آب و هوایی و نفوذ ، تبخیر می شود و بالا می رود و مطابق با وضعیت خاک که در آن کانال ساخته شده است پایین می رود. بنابراین ، مقدار خاصی از آب در توزیع از بین می رود. در این بخش نحوه محاسبه ضایعات [5] و تبخیر [28] و میزان مقاومت [29] در کانال توضیح داده شده است.

2. 1 تلفات آب به دلیل نشت

نشت مداوم از کانال ممکن است منجر به مشکل محلی برای تأمین آب با تجمع نمک شود. برای حفظ کار مناسب خود باید به طور منظم در آستر انجام شود اما بسیاری از عوامل غیرقابل اجتناب باعث می شوند که عملکرد کانال به تدریج کاهش یابد حتی اگر مراقبت های شدید انجام شود [30].

از دست دادن نشت از یک کانال در یک محیط متخلخل همگن و ایزوتروپیک هنگامی که میز آب در عمق بسیار زیادی قرار دارد به عنوان [3] نوشته شده است

جایی که Q S = تخلیه نشت در هر واحد طول کانال (M 2 /s) ؛k = هدایت هیدرولیک محیط متخلخل (m/s) ؛y = عمق آب در کانال (M) ؛f = عملکرد هندسه کانال (بدون بعد) ؛و yf = عرض جریان نشت در بی نهایت. از این پس ، F به عنوان عملکرد نشت نامیده می شود.

2. 2 تلفات آب به دلیل تبخیر

از دست دادن ناشی از تبخیر به عوامل زیادی بستگی دارد. افزایش دما باعث تبخیر می شود. افزایش سرعت باد نیز میزان تبخیر را افزایش می دهد. تبخیر با شیب رطوبت خاص در هوا و انرژی تأمین شده به آب مرتبط است. معادلات زیادی در ادبیات برای برآورد نرخ تبخیر وجود دارد. این معادلات را می توان به سه دسته طبقه بندی کرد.(1) معادلات تعادل انرژی ؛(2) معادلات انتقال انبوه ؛و (3) ترکیب این دو. مشاهده می شود که معادلات انتقال انبوه مناسب ترین موارد برای تعیین تبخیر برای مشکل ما هستند [28].

معادلات نوع حمل و نقل انبوه به صورت بیان می شوند

جایی که E = تخلیه تبخیر در هر واحد سطح سطح آزاد (M/S) ؛E S = فشار بخار اشباع هوا در دمای سطح آب (PA) ؛E D = فشار بخار اشباع هوا در نقطه شبنم (PA) ؛و f w = عملکرد باد (m/s/pa). تفاوت بین فشار بخار اشباع هوا در دمای سطح آب و در نقطه شبنم (E S - E D) در PA توسط [31] داده شد.

جایی که �� W = دمای سطح آب در درجه سانتیگراد ؛�� A = میانگین دمای هوا در درجه سانتیگراد ؛و r h = رطوبت نسبی به عنوان کسری بیان شده است. عملکرد باد برای یک کانال جریان در m/s در هر PA به عنوان [28] داده شد:

جایی که U 2 = سرعت باد در m/s در 2 متر بالاتر از سطح آزاد. ترکیب EQS. 2-4 ، E در m/s به عنوان [5] بدست می آید

هنگامی که E شناخته شد ، ضرر تبخیر از یک کانال می تواند بیان شود

2. 3 از دست دادن آب کل

اضافه کردن Eqs. 1 و 6 ، کل QW از دست دادن آب (M2/s) به این صورت بیان شده است:

با استفاده از معادلات [3] برای FS ، Eq. 7 برای بخش کانال مثلثی [5]

جایی که B = عرض تخت بخش نشان داده شده در شکل 1b. از طرف دیگر ، برای بخش ذوزنقه نشان داده شده در شکل 1c ، معادله. 7 به [5] کاهش یافت

بخش های کانال: (الف) مثلثی ، (ب) مستطیل شکل ، (ج) ذوزنقه.

از مقاومت جریان در کانال در طراحی کانال باز یکنواخت استفاده می شود. معادله منینگ بیشتر فرمول در طراحی است [32] ، که جریان آشفته و زبری نسبی در نظر گرفته می شود [33]. معادله در این مطالعه استفاده خواهد شد [29]:

جایی که q = تخلیه کانال (m 3 /s) ؛a = سطح جریان (m 2) ؛G = شتاب گرانشی (m/s 2) ؛R = شعاع هیدرولیک (M) به عنوان نسبت ناحیه جریان به محیط جریان (A/P) (M) تعریف شده است.�� = متوسط ارتفاع زبری کانال (M) ؛و V = ویسکوزیته سینماتیک آب (M 2 /s) ؛S 0 = شیب تخت.

3 مشکل طراحی

تعیین شکل بخش بهینه کانال به ؛

که EQ عمومی است. 7 مورد از بین رفتن آب. معادلات8-10 قرار است برای بخش های کانال مثلثی ، مستطیل و ذوزنقه استفاده شود.

جایی که a = منطقه جریان (m 2) ؛و V = سرعت متوسط (m/s). این سرعت متوسط باید کمتر از سرعت محدود کننده باشد. محدود کردن سرعت برای مواد پوشش مختلف در جدول زیر در جدول 1 نشان داده شده است [5].

در این بهینه سازی ، کانال روکش شده بتونی برای حمل تخلیه 10 متر 3 /ثانیه در شیب طولی 0. 001 طراحی شده است. پوشش کانال دارای �� = 1 میلی متر است. فرض کنید پوشش کانال به عنوان ترک خورده ؛و داشتن k = 10 - 6 متر بر ثانیه. حداکثر از دست دادن تبخیر E به عنوان 2. 5 10 10 - 6 متر بر ثانیه تخمین زده شد. دمای آب 20 درجه سانتیگراد است که در آن V = 1. 1 10 10 - 6 متر 2 /. سرعت محدود کننده ، VL ، 2. 5 متر بر ثانیه گرفته می شود.

از الگوریتم ژنتیکی و روش برنامه نویسی درجه دوم پی در پی برای حل مسئله در این مطالعه استفاده شده است. جعبه ابزار بهینه سازی MATLAB به عنوان یک حل کننده استفاده می شود (شکل 2). از تنظیمات استاندارد جعبه ابزار استفاده می شود به جز اینکه تعداد نسل ها به جای 100 به عنوان 1000000 تعریف می شوند. در این بخش فقط اساسی الگوریتم توضیح می دهد. توضیحات مفصل را می توان در ادبیات یافت.