شماره مدرك :
18966
شماره راهنما :
16456
پديد آورنده :
نوريان، علي
عنوان :

حل معادله سنت ونانت در مسائل هيدروليكي با استفاده از يادگيري عميق و رويكرد مبتني بر شبكه‌هاي عصبي آگاه از فيزيك PINN

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
آب و سازه هاي هيدروليكي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1402
صفحه شمار :
سيزده، 113ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
معادلات سنت ونانت , مدل‌سازي هيدروليكي , شكست سد , يادگيري عميق , روش PINN , نرم‌افزار پايتون
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/08/08
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
دانشكده :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/09/18
كد ايرانداك :
2977926
چكيده فارسي :
پيشبيني وضعيت جريان در رودخانه‌ها و كانال‌ها، بررسي جريان عبوري از روي سطوح و سازه‌هاي هيدروليكي مختلف و پايش فرآيندهاي حاكم بر آن در اثر عوامل مختلف، همواره يكي از مهمترين پژوهش‌هاي محققان بوده است. عبور جريان از روي مانع، اثر جزر و مد درياها در محل اتصال به رودخانه و موج‌هاي ناشي از شكست سد در بالادست و پايين دست نمونه‌هايي از پديده هاي هيدروليكي مذكور است. به طور كلي جريان در كانال‌هاي روباز، توسط معادلات سنت ونانت تجزيه و تحليل مي‌شوند. در اين تحقيق به حل عددي معادلات سنت ونانت با استفاده از يادگيري عميق و رويكرد مبتني بر شبكه‌هاي عصبي آگاه از فيزيك (PINN) براي شبيه‌سازي پديده هاي مختلف در حالت جريان يك بعدي در كانال‌هاي باز پرداخته مي‌شود. به طور كلي مدل‌سازي‌ عددي معادلات سنت ونانت در مقابل روش‌هاي آزمايشگاهي باعث صرفه‌جويي در زمان، هزينه و امكانات مي‌شود. اين امر از ديرباز سبب گسترش جذابيت مدل‌ها و روش‌هاي عددي بوده است. در تحقيق حاضر با استفاده از يادگيري عميق و روش PINN ابتدا برنامهاي در محيط نرم افزار پايتون و بسته نرم‌افزاري SciANN تنظيم مي‌شود. سپس مسئله‌هاي مختلف شامل مسئله انتقال حرارت يك بعدي و دو بعدي به منظور صحت سنجي نتايج با جواب دقيق مسئله، مسئله موج ساده در محل اتصال رودخانه به دريا همراه با جزر و مد، مسئله‌هاي عبور جريان فوق بحراني و زير بحراني در بالادست يك برآمدگي و مسئله شكست سد ايده‌آل با بستر خشك و مرطوب پايين‌دست مورد بررسي قرارگرفته و نتايج با نتايج حل دقيق مقايسه مي‌شود. در آخر شكست سد آزمايشگاهي(WES) بر روي بستر شيبدار همراه با اصطكاك بستر و سپس شكست سد آزمايشگاهي(CADAM) بر روي برآمدگي مثلثي همراه با زبري بستر در پايين‌دست مورد بررسي قرارگرفته و نتايج با داده¬هاي آزمايشگاهي موجود مقايسه مي‌شود. نتايج بدست آمده از روش PINNبراي مسائل يك بعدي و دو بعدي انتقال حرارت، برآورد دقيق روش را در مقايسه با حل تحليل فوريه اين مسائل نشان مي‌دهد. همچنين نتايج بدست آمده حاكي از ارزيابي مطلوب روش PINN براي دبي عبوري و سطح آب جريان در مسائل جريان‌هاي پايدار و متغير تدريجي از جمله مسئله موج ساده، عبور جريان فوق بحراني و زير بحراني در بالادست يك برآمدگي(حالت بدون انسداد) و مسئله شكست سد ايده‌آل با بستر خشك و مرطوب پايين‌دست و همچنين شكست سد آزمايشگاهي(WES) بر روي بستر شيبدار همراه با اصطكاك بستر است. روش PINNدر ارزيابي دبي عبوري و سطح آب جريان‌هاي متغير سريع از جمله مسائل عبور جريان زير بحراني در بالادست يك برآمدگي همراه با پرش هيدروليكي و شكست سد آزمايشگاهي(CADAM) بر روي برآمدگي مثلثي همراه با زبري بستر در پايين‌دست، به علت وجود ناپيوستگي در دامنه حل اين مسائل و همچنين تغييرات شديد در عمق و دبي جريان، عملكرد مطلوبي ارائه نمي‌كند.
چكيده انگليسي :
Forecasting the state of flow in rivers and canals, examining the flow passing over various surfaces and hydraulic structures, and monitoring the processes governing it due to various factors, has always been one of the most important researches of researchers. The passage of the current over the barrier, the effect of sea tides at the junction with the river and the waves caused by the dam failure upstream and downstream are examples of the mentioned hydraulic phenomena. In general, the flow in open channels is analyzed by Saint-Venant equations. In this research, the numerical solution of Saint-Venant's equations is discussed using deep learning and physics-informed neural networks (PINN) approach to simulate different phenomena in one-dimensional flow mode in open channels. In general, the numerical modeling of Saint-Venant's equations saves time, money and facilities compared to laboratory methods. This has long been the cause of expanding the attractiveness of numerical models and methods. In the present research, using deep learning and the physics-aware neural network (PINN) approach, a program is first set up in the Python software environment based on the aforementioned method and the SciANN software package. Then various problems including the one-dimensional and two-dimensional heat transfer problem in order to verify the results with the exact solution of the problem, the simple wave problem at the junction of the river with the sea along with the tide, the problems of supercritical and subcritical flow passing upstream of a ridge and The ideal dam failure problem with dry and wet downstream bed is investigated and the results are compared with the exact solution results. Finally, the failure of the laboratory dam (WES) on the sloping bed with bed friction and then the failure of the laboratory dam (CADAM) on the triangular ridge with the roughness of the bed downstream are investigated and the results are compared with the available laboratory data. The results obtained from the PINN method for one-dimensional and two-dimensional heat transfer problems show the accurate estimation of the method compared to the solution of Fourier analysis of these problems. Also, the obtained results indicate the favorable eva‎luation of the PINN method for the flow rate and water level of the stream in the problems of stable and gradually changing flows, including the simple wave problem, the passage of supercritical and subcritical flow upstream of a ridge (unblocked state) and the problem of dam failure. Ideal with dry and wet downstream bed as well as laboratory dam failure (WES) on sloping bed with bed friction. PINN method in eva‎luating flow rate and water level of fast changing streams, including problems of sub-critical flow in the upstream of an embankment with hydraulic jump and laboratory dam failure (CADAM) on a triangular embankment with bed roughness in the downstream, due to the discontinuity in the range Solving these issues, as well as drastic changes in depth and flow rate, do not provide optimal performance.
استاد راهنما :
محمدنويد مقيم , بشير موحديان عطار
استاد داور :
سعيد صرامي , احمد شانه ساز زاده
لينک به اين مدرک :

بازگشت