ارائه روابطی بر مبنای مدل درختی M5 جهت برآورد حداکثر دامنه نسبی امواج عمود بر جهت جریان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

2 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین

چکیده

ارتعاشات ناشی از گردابه در سازهها در بسیاری از مسایل مهندسی از قبیل ارتعاش در لوله های مبادله کننده و طراحی پلها و سازههای هیدرولیکی اهمیت دارد. در این تحقیق جهت برآورد حداکثر دامنه نسبی امواج عمود بر جهت جریان از اطالعات منابع معتبر موجود استفاده گردید. در این تحقیق عدد رینولدز، عدد فرود، شماره موج، نسبت فاصله طولی و عرضی به قطر پایهها و نحوه چیدمان پایهها به عنوان متغیرهای ورودی به مدل درختی M5 معرفی گردید. متغیر خروجی نیز نسبت دامنه موج به عمق جریان در نظر گرفته شد. پس از آموزش مدل درختی، دو ساختار متفاوت جهت دو آرایش موازی و زیگزاگی ارائه گردید که در آرایش موازی چهار و در آرایش زیگزاگی پنج معادله مورد استفاده قرار گرفت. در این تحقیق عدد رینولدز که در معادالت گذشته در نظر گرفته نشده بود به عنوان یکی از متغیرهای تقسیمبندی در آرایش موازی به کار رفته و در معادالت ارائه شده نیز نقش مهمی بر روی دامنه نسبی امواج ایفا نموده است. جذر میانگین مربعات خطا در مدل درختی برابر 22/0 بوده که در مقایسه با سایر معادالت ارائه شده بین 64 تا 00 درصد کاهش داشته است. عالوه بر این دقت این مدل نیز برابر 11 درصد بوده که به میزان 11 تا 21 درصد نسبت به معادالت سایر محققین بیشتر است. نسبت اختالف مدل درختی نیز در بازه 02/0 تا 44/0 تغییر می- کند که نشاندهنده برآورد مناسب مدل از حداکثر دامنه نسبی امواج است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Developing Formula based on M5 Tree Algorithm to Evaluate Maximum Relative Amplitude of Transverse Waves

نویسندگان [English]

  • Javad Zahiri 1
  • Ahmad Jafari 2
1 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Khuzestan Agricultural Sciences and Natural Resources University.
چکیده [English]

Vortex vibrations in structures has been considered in some of engineering problems such as vibration at exchanger tubes and bridge and hydraulic structures designing. Accordingly, evaluation the maximum relative amplitude of transverse waves developed by obstacle, attracts a lot of attention. Reynolds number, Froude number, wave mode, ratio of longitudinal and transverse distances of obstacles to cylinder diameter and arrangement of cylinders used as input variables to M5 model. Ratio of wave amplitude to flow depth considered as an output variable. After training tree model, two different structures proposed for inline and staggered arrangement. There are four and five equations for inline and staggered arrangements proposed by tree model, respectively. In this study, Reynolds number that ignored in existing formula, used as a division variable at inline arrangement and performed important role in proposed equations. Root mean square error in tree model was 0.23 which in compare with other models, has been reduced 46 to 50 percent. In addition, accuracy of tree model estimated 81 percent which about 18 to 38 percent more than other equations. Discrepancy ratio of tree model oscillates between 0.52 and 0.66 which shows the performance of this model in wave maximum relative amplitude estimation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inline and staggered arrangement
  • Vortex
  • Tree model
  • Oscillating force
پورمحمدی، م. ح.، م. قمشی و ح. موسوی. 1296 .تاثیر موانع منشوری شکل بر روی خصوصیات امواج عرضی در جریان کانال های باز. فصلنامه دانش آب و خاک، جلد 20 ،شماره 2 ،ص 121-117. جعفری، ا.، م. قمشی، م. بینا و م. کاشفیپور. 1290 .معادله ای جدید جهت بدست آوردن عدد استروهال موج ناشی از عبور آب از موانع استوانه ای. مجله علوم و مهندسی آبیاری، جلد 26 ،شماره 1 ،ص 01-69. یهیری، ج. 1296 .کاربرد مدلهای ناپارامتریک CART و M5 در محاسبه عمق آبشستگی اطراف پایههای پل. فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. شماره 20 ،ص 00-2

Azizi, R. and M. Ghomeshi. 2010. Computing Strouhal Number in transverse wave generation by vortex shedding in open channels. Proceedings of IAHR-APD Congress, University of Auckland, New Zealand. Barrero Gil, A., S. Pindado and S. Avila. 2012. Extracting energy from Vortex-Induced Vibrations: A parametric study. Journal of Applied Mathmatics Modelling. 36(7): 3153-3160. Chung, M. H. 2015. Hydrodynamics of flow over a transversely oscillating circular cylinder beneath a free surface. Journal of Fluids and Structure. 54:27-73. Dean, G. D. and R. A. Dalrymple. 1984. Water wave mechanics for engineers and scientists. World Scientific Publishing Company, Singapore. Etemad-Shahidi, A. and M. Taghipour. 2012. Predicting longitudinal dispersion coefficient in natural streams using M5′ model tree. Journal of Hydraulic Engineering. 138(6): 542-554. Ghomeshi, M., S. A. Mortazavi Dorcheh and R. Falconer. 2007. Wave formation by vortex shedding in open channel. Journal of Applied Science. 7(24): 3927-3934. Jafari, A., M. Ghomeshi, M. Bina and S. M. Kashefipour. 2010. Experimental study on ten modes of transverse waves due to vertical cylinders in open channels. Journal of Food, Agriculture & Environment. 8(2): 949-955. Prasanth, T. K. and S. Mitta. 2009. Vortex-induced vibration of two circular cylinders at low Reynolds number. Journal of Fluids and Structure. 25(4): 731-741. Quinlan, J. R. 1992. Learning with continuous classes. Proceedings of AI’92, World Scientific.

Sahu, A. K., R. P. Chhabra and V. Eswaran. 2009. Two-dimensional unsteady laminar flow of a power law fluid across a square cylinder. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanic. 160(2): 157-167. Seo, I. W. and T. S. Cheong. 1998. Predicting longitudinal dispersion coefficient in natural streams. Journal of Hydraulic Engineering. 124(1), 25-32. Wang, Y. and I. H. Witten. 1997. Induction of model trees for predicting continuous classes. Proceedings of the European Conference on Machine Learning, University of Economics, Faculty of Informatics and Statistics, Prague. Zima, L. and N. L. Ackermann. 2002. Wave generation in open channels by vortex shedding from channel obstructions. Journal of Hydraulic Engineering. 128(6): 596-603.