فهرست مطالبعنوان صفحهچکیده ......... 1فصل اول: مبانی و کلیات تحقیق1-1- مقدمه.......... 31-2- بیان مسئله تحقیق......... 41-3- اهمیت و لزوم انجام تحقیق.......... 51-4- کاویتاسیون در سریز سد شهید عباسپور........ 51-5- فرضیه های تحقیق........... 121-6- سوالات تحقیق.......... 121-7- اهداف تحقیق............................... 131-8- کاربردهای متصور از تحقیق.................. 131-9- جنبه نوآوری تحقیق......................... 131-10- مواد و روشهای تحقیق...................... 131-11- ساختار تحقیق............................. 13فصل دوم: مبانی نظری و پیشینه پژوهش2-1- مقدمه..................................... 162-2- کاویتاسیون چیست؟.......................... 162-3- فاكتورهاي موثر در پديده كاويتاسيون :...... 182-4- شاخص کاویتاسیون........................... 182-5- سوابق پژوهش مرتبط با کاویتاسیون........... 192-6- سوابق تحقیق در زمینه مدلسازی سرریز سدها... 252-7- سوابق مطالعات عددی در زمینه کاویتاسیون سرریز 292-8- سوابق تحقیق در زمینه الگوریتم نزدیکترین همسایه 36فصل سوم: مواد و روش های تحقیق3-1- مقدمه:.................................... 423-2- سرریز سد شهید عباسپور و آسیب در آن........ 423-3-گزارش و روند آسیب سرریز کارون 1............ 453-4-سازوکار محتمل آسیب......................... 483-5- الگوریتم نزدیکترین همسایه................. 513-6- ساختار مدل شبیه سازی با استفاده از الگوریتم –k نزدیکترین همسایه ........................................ 51فصل چهارم: تجزیه و تحلیل نتایج4-1-مقدمه...................................... 544-2- تهیه پایگاه داده های مورد نیاز............ 544-3- تولید پایگاه داده های موردنیاز تحقیق...... 584-4- توسعه مدل نزدیکترین همسایگی............... 624-5- توسعه مدل نزدیکترین همسایگی............... 634-6- مراحل مدلسازی در XLMiner................... 634-7- نتایج مدل نزدیکترین همسایگی در طول تاج سرریز سد عباسپور65فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادهانتیجه گیری..................................... 71منابع.......................................... 72 فهرست جداولعنوان صفحهجدول 2-1- مطالعات عددی در بررسی جریان بر سرریز و ورود هوا به جریان (منبع: زندی و همکاران، 1389)............. 32جدول 3-1: مشخصات سد شهید عباسپور............... 43جدول 3-2: مشخصات سد کارون 1.................... 44جدول 3-3: آسیب واقعی مشاهده شده در سرریز سد کارون 1 46 فهرست اشکالعنوان صفحهشکل 1-1- دامنه حل و شرایط مرزی مسئله (زندی و همکاران، 1389) 6شکل 1-2- نمای مش منتخب نهایی مسئله (زندی و همکاران، 1389)7شکل1-3- جریان عبوری از مانع نیم استوانه با شعاع 30 میلیمتر مشاهده آزمایشگاهی (زندی و همکاران، 1389).............. 7شکل 1-4- پروفیل سطح و منحنی میزان سرعت آب در جریان عبوری مدلسازی شده با α = 0.5(زندی و همکاران، 1389)............. 8شکل 1-5-سطح آب شبیه سازی شده برای دبی حداکثر محتمل(زندی وهمکاران، 1389).......................................... 8شکل 1-6- فشار دامنه حل در دبی محتمل حداکثر (زندی و همکاران، 1389)............................................... 9شکل 1-7- سرعت در دامنه حل برای دبی حداکثر محتمل (زندی و همکاران، 1389).......................................... 9شکل 1-8- فشار کل دامنه حل و همچنین قسمت های کم فشار در دبی 700 مترمکعب بر ثانیه (زندی و همکاران، 1389)........ 10شکل1-9- شاخص کاویتاسیون برای دبی700 مترمکعب برثانیه (زندی و همکاران، 1389)................................. 11شکل1-10-شاخص کاویتاسیون برای دبی1160مترمکعب برثانیه(زندی و همکاران، 1389)................................. 11شکل1-11-شاخص کاویتاسیون برای دبی5400 مترمکعب برثانیه (زندی وهمکاران،1389)................................. 12شکل 2-1- آسیب در سرریز سد تاربلا (Kenn and Garrod, 1981) 25شکل 2-2- آسیب در سرریز سد گلن کنیون (فالوی، 1990) 26شکل 3-1: موقعیت سد شهید عباسپور................ 42شکل 3-2: پلان عمومی سد کارون 1.................. 43شکل 3-3: نمایی از سد کارون..................... 45شکل 3-4: آسیب کاویتاسیون سرریز سد کارون 1 در سالهای اولیه بهره برداری......................................... 46شکل 3-5: فرو ریختگی دیواره و تخریب جام پرتابی.. 47شکل 3-6: جام پرتابی جدید....................... 48شکل 3-7: پروفیل سرریز سد کارون 1 و جایگیری جام پرتابی جدید و جام پرتابی قدیم.................................... 49شکل 3-8: سرریز کارون 1 پس از ترمیم و بهبود بخشی طرح 50شکل 3-9: نمای سرریز سد کارون 1................. 50شکل (4-1) پروفیل سرریز سد شهید عباسپور......... 54شکل(4-2) صفحه اصلی نرم افزار................... 55شکل(4-3) معرفی فایل ذخیره اطلاعات ورودی......... 55شکل(4-4) وارد نمودن اطلاعات مصالح سرریز......... 56شکل(4-5) وارد نمودن اطلاعات جریان............... 56شکل(4-6) پروفیل تاج سرریز...................... 57شکل(4-7) فایل اطلاعات ورودی به نرم افزار WS77.... 57شکل(4-8)نمودارتغییرات سرعت جریان درطول تاج سرریز در دبی 700 مترمکعب بر ثانیه............................... 58شکل(4-9) نمودار تغییرات عمق جریان درطول تاج سرریز در دبی700 مترمکعب بر ثانیه............................... 59شکل(4-10)نمودارتغییرات شاخص کاویتاسیون درطول سرریز دردبی700مترمکعب برثانیه........................ 59شکل(4-11)نمودارتغییرات عمق جریان درطول تاج سرریز در دبی1160 مترمکعب بر ثانیه............................... 60شکل(4-12)نمودار تغییرات سرعت جریان درطول تاج سرریز دردبی1160مترمکعب برثانیه....................... 60شکل(4-13)نمودارتغییرات شاخص کاویتاسیون درطول سرریز دردبی1160مترمکعب برثانیه....................... 61شکل(4-14)نمودار تغییرات عمق جریان درطول تاج سرریز دردبی2400 مترمکعب برثانیه................................ 61شکل(4-15)نمودارتغییرات سرعت جریان درطول تاج سرریز دردبی2400مترمکعب برثانیه....................... 62شکل(4-16)نمودار تغییرات شاخص کاویتاسیون در طول تاج سرریز در دبی 2400 مترمکعب بر ثانیه.......................... 62شکل(4-17) پنجره گرافیکی پیش بینی نزدیکترین همسایگی در XLMiner 63شکل(4-18) پنجره گرافیکی پیش بینی نزدیکترین همسایگی در XLMiner 64شکل(4-19) داده های مورد استفاده در XLMiner....... 65شکل(4-20) دسته بندی داده ها در XLMiner........... 66شکل(4-21) معرفی متغیر ها در XLMiner.............. 66شکل(4-22) تعیین خروجی ها در XLMiner.............. 67شکل (4-23) نتایج مدل نزدیکترین همسایگی در مرحله آموزش 68شکل(4-24) متغیرهای مورد استفاده در مسئله....... 68شکل (4-25) نتایج برای مقادیر مختلف K........... 68شکل (4-26) نتایج مدل نزدیکترین همسایگی در مرحله آزمایش 69شکل (4-27) نتایج پارامترهای آماری مدل نزدیکترین همسایگی 69چکیده سرعت کاویتاسیون و شاخص کاویتاسیون که خود ترکیبی از سرعت و فشار جریان میباشند، پارامترهای مهم موثر در آسیب شناخته شدهاند تا روندی جدید و متفاوت از روش شاخص کاویتاسیون بحرانی در تخمین آسیب سنجیده شود. در تحقیق حاضر با استفاده از مبانی هیدرولیکی مربوط به کاویتاسیون در سرریز سدها و نیز مطالعات انجام شده توسط محققین یک سری داده مربوطه تهیه شده و سپس شاخص ریسک کاویتاسیون محاسبه می شود و پس از آن با استفاده از الگوریتم نزدیکترین همسایگی و نرم افزاری مدلسازی مربوط اقدام به توسعه مدل پیش بینی می شود و در نهایت با استفاده از شاخصهای اماری ضریب همبستگی، ضریب حساسیت، متوسط مربعات خطا و خطای مطلق دقت مدل تهیه شده بررسی می شود و با ازمونهای گرافیکی و نموداری دقت ان بررسی می شود. برای تهیه پایگاه داده های مورد نیاز تحقیق از مدل WS77 استفاده شده است و پس از اینکه پایگاه داده های تحقیق تهیه شد اقدام به مدلسازی به روش نزدیکترین همسایگی شده و مشاهده شد که روش نزدیکترین همسایگی در این زمینه دقت مطلوبی دارد.با توجه به دقت مطلوب روش نزدیکترین همسایگی در برآورد خسارت کاویتاسیون با نظر به اینکه پیش بینی خسارت ناشی از پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها و استفاده از معادلات ریاضی مشکل است و تا حدی غیر ممکن است و استفاده از این روش تا حد مطلوبی به این مشکل کمک خواهد کرد است و با استفاده از این روش در سدها تا حد بسیار زیادی این مشکل را میتوان برطرف کردتوصیه میشود استفاده از الگوریتم نزدیکترین همسایگی چون بهترین و دقیقترین و مطلوبترین روش در حل این مشکل (برآورد خسارت ناشی از پدیده کاویتاسیون) میباشد در تمامی سدها مورد استفاده قرار گیرد چون خواه یا ناخواه این خطردر اکثر سدها وجود دارد.واژه های کلیدی: شاخص کاویتاسیون، سرعت کاویتاسیون، روش نزدیکترین همسایگی، نرم افزار ws77، فصل اول:مبانی و کلیات تحقیق 1-1- مقدمهسدها از سازههای پر اهمیت برای حفظ آبهای جاری بر سطح زمین و کنترل و بهرهبرداری از آنها میباشد. امروزه به دلیل افزایش جمعیت و نیازهای جدید جوامع بشری و با توجه به کمبود آب قابل شرب، اهمیت این سازه افزایش یافته است. بطوریکه سدها بعنوان اهرم استراتژیکی توسعه و قدرت یک کشور محسوب میشوند. علاوه بر اینها، دارای کاربری مهم دیگری یعنی مهار سیلاب[1] و جلوگیری از خطرات ناشی از آن می باشند و البته خود سدها نیز میتوانند در صورت عدم توجه به آنها و نگهداری نامناسب به عنوان خطر محسوب شوند.برای مقابله با خطرات احتمالی و برای تخلیه[2] ایمن و سریع دبیهای بزرگ پیشبینی شده و خطرات پیشبینی نشده در سازه سد، از چندین نوع تخلیه کننده سیلاب استفاده میشود که سرریز[3] از مهمترین آنها میباشد. به دلیل ارتفاع بسیار زیاد جریان و در نتیجه سرعت بالای آن که ممکن است باعث تولید فشار کمتر از فشار بخار آب و باعث ایجاد کاویتاسیون[4] شود، توجه ویژه به پدیده کاویتاسیون در سرریزها لازم میباشد (زندی و همکاران، 1389).سالهای زیادی است که حوادث مربوط به پدیده کاویتاسیون در نقاط مختلف جهان ذهن مهندسان را به خود معطوف کرده است (زندی و اژدری، 1389). كاويتاسيونبهدلیلشتابگرفتنسيالرويبدنهجسم،و افتفشارآنبهزيرفشاربخار،درنواحيخاصيازجريان، اتفاقميافتد.درايننواحي،آببهبخارتبديلميشودو حباب هایبخارآبتشكيلميشوند.بهعلتورود جتهايآببهدروناينحباب ها،احتمالمتلاشيشدنآنها وجوددارد،وجريانحالتغیردائمی[5]پيداميكند.كاويتاسيونممكناستبه صورتجزييرويبدنهجسمايجادشودويااينكهدرمقايسه باابعادجسم،بسياربزرگشود (نوروزی و همکاران، 1389).در طراحی سازههای هیدرولیکی مسائلی مطرح است که حل آنها تنها با تئوری و روابط تحلیلی[6] امکانپذیر نمیباشد. به دلیل پیچیده بودن معادلات جریان نمی توان تنها با استفاده از تئوری، رفتار نمونه اصلی[7] را پیش بینی کرد (زندی، 1384) و لازم است از مدلهای عددی[8] و یا مدلسازی مبتنی بر روشهای داده کاوی[9] استفاده نمود. از جمله این مسائل میتوان به پدیده کاویتاسیون در سرریز سدها و اثرات مخرب آن و خسارات حاصله از خوردگی کاویتاسیون اشاره نمود.به دلیل پیچیدگی ها و ویژگی های منحصر بفرد سازه های هیدرولیکی مانند سرریز، روش مناسبی برای طراحی هندسه ارائه نگردیده است و می توان برای حصول اطمینان از عملکرد مناسب این سازه ها از مدل های هیدرولیکی و یا مدلهای عددی و همچنین مدلهای مبنی بر پایگاه داده ها[10] و محاسبات آماری[11]استفاده کرد.با توجه به توسعه سریع مدل های عددی، اغلب مشاهده شده است که ترکیب روشهای عددی و تجربی می تواند منجر به بالا بردن میزان اطمینان به نتایج شود (زندی، 1384).سرعت کاویتاسیون[12] و شاخص کاویتاسیون[13] که خود ترکیبی از سرعت و فشار جریان میباشند، پارامترهای مهم موثر در آسیب[14] شناخته شدهاند تا روندی جدید و متفاوت از روش شاخص کاویتاسیون بحرانی[15] در تخمین آسیب سنجیده شود. البته مقاومت مصالح و زمان بهره وری نیز خود تا حدودی در این عوامل پنهان هستند(زندی، 1384).