برآورد توزیع سرعت جریان در کانال‌های روباز با کف صاف با استفاده از تئوری آنتروپی و برنامه‌ریزی ژنتیک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

چکیده

با توسعه تئوری‌ آنتروپی بر مبنای اصل حداکثر آنتروپی و برنامه‌ریزی ژنتیک بر اساس اصل تکامل طبیعی، این روش‌ها در طیف وسیعی از علوم مهندسی از جمله مکانیک سیالات و هیدرولیک به کار برده شده‌اند. در این تحقیق از تئوری‌ آنتروپی و برنامه‌ریزی ژنتیک و همچنین روش‌های متداول شامل روابط لگاریتمی، توانی و ونونی برای برآورد توزیع سرعت جریان در کانال‌های باز استفاده شده است. جهت مقایسه روش‌های مذکور، آزمایش‌هایی در کانال  آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تبریز با بستر صاف و دبی‌های مختلف در محدوده 8/4 تا 89/32 لیتر بر ثانیه انجام شد و پروفیل‌های سرعت با دقت 1/0 سانتی‌متر بر ثانیه در بازه‌های یک سانتی‌متری از کف کانال تهیه گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که تئوری آنتروپی و برنامه‌ریزی ژنتیک دقت بیشتری نسبت به روابط لگاریتمی، توانی و ونونی در برآورد توزیع سرعت جریان دارند. همچنین تئوری آنتروپی در مقایسه با روش برنامه‌ریزی ژنتیک خطای محاسباتی کمتری داشته و از این روش می‌توان برای برآورد توزیع سرعت در کانال‌های باز با دقت خوبی استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Flow Velocity Distribution in Smooth-Bed Open Channels with a Smooth Bed Using Entropy Theory and Genetic Programming

نویسندگان [English]

  • D Farsadizadeh
  • A Hosseinzadeh Dalir
  • MA Ghorbani
  • S Samadian Fard
چکیده [English]

Abstract
       With developing of entropy theory and genetic programming based on maximum entropy and natural evolution, respectively, these methods have been applied extensively to the variety of engineering sciences such as fluid mechanics and hydraulics. In this study, entropy, genetic programming and conventional methods such as logarithmic, power law and Vanoni relations were used for estimation water flow velocity distribution in open channels. For comparing the mentioned methods, experiments were carried out in an experimental flume with a smooth bed in the hydraulic laboratory of the University of Tabriz. The flow discharges ranged from 4.8 to 32.89 Lit/s. For each flow discharge, the vertical velocity profiles were prepared with a precision of 0.1 cm/s and at 1 cm intervals from the channel bottom. Results showed that entropy and genetic programming methods were more accurate than the other methods for estimating the velocity distribution. Moreover the entropy method in comparison with the genetic programming showed higher accuracy and therefore it could be used for estimating the velocity profiles with a good accuracy in open channel flows.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Entropy theory
  • genetic programming
  • Open channels
  • Velocity distribution
Aytek A and Kisi O, 2008. A genetic programming approach to suspended sediment modeling. Journal of Hydrology 351: 288-298.
Aytek A, Asce M and Alp M, 2008. An application of artificial intelligence for rainfall–runoff modeling. Journal of Earth System Science 117: 145-155.
Chen YC, 1998. An efficient method of discharge measurement. Doctoral dissertation, Dept. of Civil Engineering, University of Pittsburgh, PA.
Chiu CL, Hsiung DE and Lin HC, 1978. Three-dimensional open channel flow. Journal of Hydraulic Division, ASCE 104(8) :1119-1136.
Chiu CL and Lin GF, 1983. Computation of 3-D flow and shear in open channels. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 109(11): 1424-1440.
Chiu CL and Chiou JD, 1983. Structure of 3-D flow in rectangular open channels. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 121(11): 1050-1068.
Chiu CL, 1987. Entropy and probability concepts in hydraulics. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 113(5): 583-600.
Chiu CL, 1988. Entropy and 2-D velocity distribution in open channels. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 114(7): 738-756.
Chiu CL, 1989. Velocity distribution in open-channel flow. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 115(5): 576-594.
Chiu CL and Said CAA, 1995. Maximum and mean velocities and entropy in open-channel flow. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 121(1): 26-35.
Chiu CL, 1996. A natural law of open-channel flows. Proceeding of 7th International Symposium on Stochastic Hydraulics, 29-31 July, Mackay, Australia.
Chiu CL and Tung NC, 2000. Maximum velocity and regularities in open-channel flow. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 128(4): 390-398.
ChowVT, 1959. Open Channel Hydraulics. McGraw-Hill Book Company, New York.
Koza JR, 1992. Genetic programming: on the programming of computers by means of natural selection. Cambridge, MIT Press, MA.
Ustoorikar K and Deo MC, 2008. Filling up gaps in wave data with genetic programming. Marine Structures 21: 177-195.
VanoniVA, 1941. Velocity distribution in open channels. Civil Engineering 11: 356-357.
Xia R, 1997. Relation between mean and maximum velocities in a natural river. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE 123(8): 720-723.