پایان نامه بررسی مدل های شبکهxadای به عنوان روشی عددی برای حل معادلات آبهای زیرزمینی

پایاننامه دکتری در رشته مهندسی عمران

عنوان :

بررسی مدل های شبکهxadای به عنوان روشی عددی برای حل معادلات آبهای زیرزمینی

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

1. کلیات 1

1-1 مقدمه 1

1-2 هدف از انجام این تحقیق 2

1-3 روش انجام تحقیق 4

1-4 نوآوری تحقیق 5

1-5 ساختار پایان نامه 5

2. پیشینهی تحقیق 7

2-1 مقدمه 7

2-2 انواع مدلها 9

2-2-1 مدلهای ریاضی (mathematical models) 9

2-2-1-1 طبقه بندی مدلهای ریاضی 10

2-2-1-2 معادلهی حاکم بر آبهای زیر زمینی 10

2-2-2 مدلهای فیزیکی (physical models) 13

2-2-3 مدلهای تمثالی(analog models) 15

2-2-3-1 مدلهای شبکهای Pore Network Models (PNMs) 16

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

2-2-3-3 مدلهای غشایی (membrane models) 26

2-2-3-4 مدلهای حرارتی (thermal models) 26

2-2-3-5 مدلهای الکتریکی (electrical models) 27

َ2-3 روشهای عددی 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 مرزی (boundary element method) 36

2-3-5 روش عددی دیفرانسیل کوادراچر (differential quadrature method) 39

2-3-6 روشهای طیفی (spectral methods) 40

3. معرفی روش شبکهای به عنوان روشی عددی برای حل معادلهی آبهای زیرزمینی 41

3- 1 مقدمه 41

3-2 مبانی تئوریکی روشهای شبکهای 42

3-2-1 معادلهی حاکم بر روش شبکهای 42

3-2-2 معادلهی جبری حاکم بر روش شبکهای در حالت ماندگار 45

3-2-3 تأثیر ناهمگنی و ناهمسانی بر معادلات جبری حاکم 50

3-2-4 تزریق و برداشت 51

3-2-5 معادلهی جبری حاکم بر روش شبکهای در حالت ناماندگار 51

3-2-6 آبخوان محصور و آزاد 52

3-2-7 اصلاح روش شبکهای 53

3-2-7-1 بهبود با استفاده از افزایش اتصال گرهها 53

3-2-7-2 بهبود با استفاده از نحوهی مدل کردن گرههای مرزی 57

3-2-8 معادلهی حاکم در حالت کلی 59

3-2-9 تأثیر شکل هندسی مجاری بر روش شبکهای 61

3-2-9-1شکل مجاری 61

3-2-9-2 معادلهی حاکم 62

3- 3 مدل آزمایشگاهی 70

3-3-1 مقدمه 70

3-3-2 نحوهی ساخت مدل آزمایشگاهی 70

3-3-3 روش انجام آزمایش 71

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

3-3-3-2 آزمایش آبخوان آزاد 72

3-3-3-3 آزمایش لایهی غیر قابل نفوذ 72

3-3-3-4 آزمایش ناهمگن و ناهمسان بودن محیط متخلخل 73

3-3-3-5 آزمایش جریان ناماندگار 74

4. مثالهای عددی و آزمایشگاهی و بحث در نتایج به دست آمده 75

4-1 مقدمه 75

4-2 مثالهای عددی 76

4-1-1 مثال 1) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مربعی و شرایط مرزی شکل 4-1 76

4-1-2 مثال 2) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مربعی و شرایط مرزی شکل 4-5 87

4-1-3 مثال 3) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مستطیلی و شرایط مرزی شکل 4-8 91

4-1-4 مثال 4) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مثلثی و شرایط مرزی شکل4-11 94

4-1-5 مثال 5) مسألهی حالت ماندگار با وجود چاه در محدودهی مستطیلی و شرایط مرزی شکل 4-14 97

4-1-6 مثال 6) مسألهی حالت ماندگار در دامنهای L شکل و شرایط مرزی شکل 4-17 99

4-1-7 مثال 7) مسألهی حالت ناماندگار یک بعدی 101

4-1-8 مثال 8) مسألهی حالت ناماندگار دو بعدی 104

4-1-9 مثال 9) مسألهی حالت ماندگار با شرایط مرزی منحنی 107

4-1-10 مثال 10) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مستطیلی و شرایط مرزی شکل 4-25 110

4-1-11 مثال 11) مسألهی حالت ماندگار در محدودهی مثلثی و شرایط مرزی شکل 4-27 113

4-3 مثالهای آزمایشگاهی 116

4-3-1 آزمایش 1) جریان در اطراف یک مانع مستطیلی 117

4-3-2. آزمایش 2) جریان با شرایط مرزی مرکب 120

4-3-3 آزمایش 3) جریان از زیر پردهی آب بند 122

4-3-4 آزمایش 4) جریان در آبخوان آزاد 124

4-3-5 آزمایش 5) جریان در آبخوانی ناهمگن و ناهمسان 127

5. نتیجهگیری و پیشنهادات 132

پیوستها 134

پیوست 1. حل تحلیلی مثال 1 134

پیوست 2. حل تحلیلی مثال 2 136

پیوست 3. حل تحلیلی مثال 3 137

پیوست 4. حل تحلیلی مثال 4 138

پیوست 5. حل تحلیلی مثال 5 140

پیوست 6. حل تحلیلی مثال 7 142

پیوست 7. حل تحلیلی مثال 8 144

پیوست 8. حل تحلیلی مثال 9 146

پیوست 9. حل تحلیلی آزمایش 4 146

فهرست منابع 148

فهرست شکلها

عنوان

صفحه

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

شکل 2- 2. المان دو بعدی در محیط متخلخل 11

شکل 2- 3. آبخوان غیر محصور 12

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

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

شکل 2- 6. شکلهای مورد استفاده در شبیه سازی حفرات و مجاری موجود در محیط متخلخل (Acharya et al., 2004) 18

شکل 2- 7. نحوهی ساخت مجاری ارتباطی (Acharya et al., 2004) 18

شکل 2- 8. نمودارضریب نفوذ پذیری ذاتی بر حسب تخلخل (Acharya et al., 2004) 19

شکل 2- 9. مقایسهی بین ضریب نفوذ پذیری به دست آمده با استفاده از معادلهی Carman-Kozeny و روش شبکهای (Acharya et al., 2004) 19

شکل 2- 10. مقایسهی بین پروفیل سرعت در حفرات با استفاده از (a)آزمایش و (b) روش شبکهای (Mazaheri et al., 2005) 20

شکل 2- 11. نشان دادن فرضیات مبنی بر به دام افتادن آب در هنگام زهکشی (Joekar et al., 2008) 20

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

شکل 2- 13. مقایسهی بین جوابهای مختلف به دست آمده از مدل و آزمایش (Joekar et al., 2008) 21

شکل 2- 14. نمایش اتصال یک گره به بیست و شش گره مجاور (Raoof and Hassanizadeh, 2010) 22

شکل 2- 15. تاثیر تعداد شبکهها در فشار ورودی و زمان رسیدن جبههی آب و DNAPL (Nsir and Schafer, 2010) 22

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

شکل 2- 17. مقایسهی بین جوابهای به دست آمده از مدل و آزمایش برای منحنیهای P-s, α-S (Joekar et al., 2010) 23

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

شکل 2- 19. شبکه بندی دامنهی مورد نظر با استفاده از روش تفاضل محدود. (a) فواصل منظم. (b) فواصل غیر منظم (, 2010.et al Bear) 29

شکل 2- 20. ارتباط گرههای مختلف با استفاده از روش تفاضل محدود رایج (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 21. ارتباط گرههای مختلف با استفاده از روشهای غیر رایج تفاضل محدود (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 22. ارتباط گرههای مختلف با استفاده از روشهای غیر رایج تفاضل محدود برای مرزهای غیر منظم. شبکه بندی لانه زنبوری (Iserles, 2009) 31

شکل 2- 23. مقایسهی بین شبکه بندی (a) کارتزین تفاضل محدود و (b) غیر متعامد حجم محدود (Louydi et al., 2007) 32

شکل 2- 24. شبکه بندی دامنهی مورد نظر با استفاده از روش حجم محدود (Chung, 2002) 33

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

شکل 2- 26. نحوهی شبکه بندی و نقاط مؤثر در روش دیفرانسیل کودراچر (Iserles, 2009) 39

شکل 2- 27. نحوهی شبکه بندی و نقاط مؤثر در روش دیفرانسیل کودراچر محلی (Iserles, 2009) 40

شکل 3- 1. ساختار شبکهی مستطیلی روش شبکهای (RPNM) 43

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

شکل 3- 3. گره داخلی دلخواه از شبکهی مربعی (SPNM) 45

شکل 3- 4. نمایش محاسباتی گره داخلی از SPNM 46

شکل 3- 5. نمایش سه نوع شرط مرزی مختلف روی دامنهای دلخواه از SPNM 47

شکل 3- 6. نمایش گرهی دلخواه واقع بر مرزی با شرایط 48

شکل 3- 7. در نظر گرفتن نقطه ای بیرون از مرز برای بررسی شرایط 48

شکل 3- 8. در نظر گرفتن نقطهای بیرون از مرز برای بررسی شرایط 49

شکل 3- 9. کاهش قطر به منظور مدل سازی کاهش ضریب هدایت هیدرولیکی 50

شکل 3- 10. اضافه نمودن اعضای قطری به شبکهی مربعی SDPNM 54

شکل 3- 11. گره داخلی دلخواه از SDPNM 54

شکل 3- 12. نمایش محاسباتی گرهی داخلی از SDPNM 55

شکل 3- 13. نمایش سه نوع شرط مرزی مختلف روی دامنهای دلخواه از SDPNM 55

شکل 3- 14. افزایش طول لوله بجای کاهش قطر آن برای شبیه سازی کاهش ضریب هدایت هیدرولیکی 60

شکل 3- 15. نحوهی اتصال یک گره به گرههای مجاور در UPNM 60

شکل 3- 16. نحوهی تغییر سطح مقطع در طول لوله 62

شکل 3- 17. ساختار شبکهی غیر منشوری SPNM 63

شکل 3- 18. گرهی داخلی از شبکهی غیر منشوری SPNM 64

شکل 3- 19. نمایش محاسباتی گرهی داخلی از شبکهی غیرمنشوری SPNM 64

شکل 3- 20. ساختار شبکهی غیرمنشوری SDPNM 65

شکل 3- 21. گرهی داخلی از شبکهی غیر منشوری SDPNM 65

شکل 3- 22. نمایش محاسباتی گرهی داخلی از شبکهی غیرمنشوری SDPNM 66

شکل 3- 23. (a) مدل آزمایشگاهی (b) نمایی شماتیک از مدل 71

شکل 3- 24. مدل آزمایشگاهی برای شبیه سازی آبخوان آزاد 72

شکل 3- 25. (a) وجود پردهی آب بند در محیط متخلخل واقعی. (b) نحوهی شبیه سازی پردهی آب بند در آزمایشگاه 73

شکل 3- 26. افزایش طول لولههای مدل آزایشگاهی به منظور شبیه سازی کاهش ضریب نفوذ پذیری 74

و......

توجه :

لطفا از این پروژه در راستای تکمیل تحقیقات خود و در صورت کپی برداری با ذکر منبع استفاده نمایید.

با فرمت قابل ویرایش word - بررسی مدل های شبکهxadای به عنوان روشی عددی برای حل معادلات آبهای زیرزمینی