توزیع سرعت و برآورد دبی در کانال های فاضلاب براساس مفهوم آنتروپی شانون

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران - آب، دانشگاه رازی کرمانشاه

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه رازی کرمانشاه

چکیده

در هیدرولیک، توزیع سرعت به‌عنوان یک پارامتر کلیدی برای تعیین مشخصات جریان مانند دبی، توزیع تنش برشی، رسوبگذاری، فرسایش، تلفات هد، ضریب انرژی و ضریب مومنتوم مورد نیاز است. بنابراین محاسبه سرعت جریان، یکی از نکات مهم طراحی کانال‌های فاضلاب است. جریان در شبکه‌های فاضلاب، برای هر سطح مقطعی، جریان سه بعدی آشفته با سطح آزاد است. مفهوم آنتروپی بر اساس قوانین توزیع احتمال توسط چیو این امکان را می‌دهد که برای برآورد توزیع سرعت و دبی در سطح مقطع، یک معادله ساده ایجاد شود. این روش برای مطالعه میدان سرعت در کانال فاضلاب مرکب تنگ به‌کار گرفته شد. میدان توزیع سرعت در شرایط مختلف هیدرولیکی مورد بحث و بررسی قرار گرفت. صحت سنجی روش و معادله توزیع سرعت و دبی توسط مقایسه نتایج برآورد شده با مقادیر اندازه‌گیری شده در ایستگاههای کانال‌های فاضلابرو واقعی انجام شد. آنالیز میدان سرعت بر اساس مفهوم احتمال، این امکان را به‌وجود می‌آورد که توزیع سرعت و دبی مقطع برای هر سطح مقطع دلخواهی برآورد شود که در کانال‌های واقعی فاضلاب بسیار حائز اهمیت است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Velocity Distribution and Estimation of Discharge in Sewers By Shannon Entropy Concept

نویسندگان [English]

  • marjan moazamnia 1
  • hossein bonakdari 2
1 student
چکیده [English]

In hydraulic, velocity distribution as a key parameter for determining the flow profile, such as flow, shear stress distribution, sedimentation, erosion, loss of head, the coefficient of energy and momentum coefficient is needed, so the calculation of flow velocity is an important part of sewers design. The flow in a sewer, regardless of its geometry, is three-dimensional turbulent free surface flow. The introducing of the entropy based on probability in hydraulic by Chiu gives the possibility to develop a simple equation to evaluate the velocity and the discharge in the cross section. The method was applied to a study of velocity field of flow in narrow compound sewer. The primary flow distribution was investigated under various hydraulic conditions. The validation of the method and velocity distribution and discharge was carried out by comparing the estimated results with the measured findings at the field sites. Analysis of velocity distribution based on the probability concept has made it possible to determine the cross-sectional primary velocity distribution and discharge without having to deal with the geometrical shape of cross sections, which tend to be extremely complex in real sewers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Entropy
  • Velocity Distribution
  • Discharge
  • Narrow channel
1. Shannon, C.E. (1948). “A mathematical theory of communication.” J. Bell Systems Technical, 27 (3), 379-423.

2. Chiu, C.L. (1987). “Entropy and probability concepts in hydraulics.” J. Hydr Hydraulic Engineering, 113 (5), 583-600.

3. Chiu, C.L. (1988). “Entropy and 2-D velocity distribution in open channels.” J. Hydraulic Engineering, 114(7), 738-756.

4- Shiono, K., and Knight, D.W. (1991). “Turbulent open channel flows with variable depth across the channel.” J. Fluid Mechanics, 222, 617-646.

5. Chiu, C.L. (1991). “Application of entropy concept in open-channel flow study.” J. Hydraulic Engineering, 117 (5), 615-628.

6. Nezu, I., and Nakagawa, H. (1993). Turbulence in open-channel flows, IAHR-Monograph, A. A. Balkema Publishers, Rotterdam, The Netherlands.

7. Nezu, I. (1994). “Compound open Channel turbulence and its role in river environment.” J. Keynote Lecture of 9th APD-IAHR Congress, Delft, The Netherlands, 1-24.

8. Chiu, C. L., and Said, C. A. (1995). “Maximum and mean velocities and entropy in open- channel flow.” J. Hydraul. Engineering, 121(1)  26-35.

9. Nezu, I., and Noat, D. (1995). “Turbulence structure and secondary currents in compound open channel flows with variable depth flood plains.” 10th Symp. on Turbulence Shear Flows, The Penylvania State University Park,7-12.

10. Kirkgoz, M.S., and Ardiclioglu, M. (1997). “Velocity profiles of developing and developed open channel flow. ” J. Hydraul. Engineering, 123(12), 1099-1105.

11. Chiu, C. L., and Chen, Y. C. (1998). “A fast method of discharge measurement in open- channel flow.” J. Proceedings of the International Water Resources Engineering Conference, Memphis, Tennessee.

12. Chiu, C. L., and Chen, Y. C. (1999). “Efficient methods of measuring discharge and reservoir- sediment inflow.” Kuo, J.-T. and Yen, B. C. (Eds.) Risk analysis in dam safety assessment, Water Resources Publications. LLC, Highlands Ranch, Colorado.

13. Chiu, C. L., and Tung, N. C. (2002). “Maximum velocity and regularities in open-channel flow.” J. Hydraul. Engineering, 128(8), 803-803.

14. Shiono, K., and Feng, T.(2003). “Turbulent measurements of dye concentration and effects of secondary flow on distribution in open channel flows.” J. Hydraulic Engineering, 129 (5), 373-384.

15. Larrate, F. (2006). “Velocity fields within sewers: An exprimental study.” J. Flow Measurement and Instrumentation, 17, 282-290.

16. Bonakdari, H. (2009). “Numerical and experimental study of velocity profiles in sewers.” J. World Applied Science, 7 (6), 735-734.