Skip to main content
SUPERVISOR
Kayvan Asghari,Mohammad-Reza Chamani
کیوان اصغری (استاد مشاور) محمدرضا چمنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zahra Mohamadian
زهرا محمدیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Interpolation Methods in the Method of Characteristics for water Hammer Problems with Complex Boundary Conditions
: In this research, different interpolation schemes in the method of characteristics (MOC) were used for water hammer problems. Governing equations of water hammer were solved using the complete and approximate method of characteristics, considering complex boundary conditions. Since the analysis of water hammer problems requires interpolation, some different interpolation methods were applied. In addition to interpolation schemes used in the literatures, cubic-hermite nonlinear interpolation was used for the first time. After discritization of governing equations and computer programming, several models were selected for validation. In some models, numerical results were compared with experimental results. In addition, the effects of courant number on the results are investigated. Both linear and nonlinear interpolation schemes show that the difference between results of using complete or approximate equations are small and can be ignored. In all schemes, approximate equations needs less CPU time to process. It is shown that space and time-line interpolation, in linear and nonlinear methods, achieved better solution compared to hybrid interpolations. By decreasing the Courant number, nonlinear interpolation schemes lead to more accurate results than the linear ones, and among nonlinear methods, hermite method shows fewer numerical errors in comparison with spline method. The comparison indicates that nonlinear methods have less phase difference with measured results, and in nonlinear methods, hermite scheme results are closer to experimental results. Decreasing the courant number decays the accuracy of results, especially in linear methods. Space-line interpolations are less sensitive to the variation of courant number than time-line ones. The results of different models show that for the complex boundary conditions used in this work, the choice of interpolation scheme is not crucial and linear interpolations are recommended, because of less computational costs. Energy approach is also used to compare numerical errors of different interpolation Schemes, which show less error in nonlinear methods, especially in the hermite scheme. Altogether, comparison of accuracy of different interpolation schemes shows that time-line interpolations are the best method; however, these schemes require more time and computer capacity in comparison with space-line schemes. In the models investigated in this work, cubic-hermite scheme reveals the most accurate solution.
در این پایان‌نامه، به‌کارگیری روش‌های درون‌یابی مختلف در روش مشخصه‌ها برای حل مساله‌ی ضربه‌ی قوچ بررسی شده است. در روند انجام این پایان‌نامه، حل معادلات حاکم بر پدیده‌ی ضربه‌ی قوچ با استفاده از روش مشخصه‌ها در شرایط مرزی پیچیده مطالعه شده است. به‌دلیل لزوم انجام درون‌یابی در این روش، روش‌های مختلف درون‌یابی بررسی و مقایسه شدند. مهم‌ترین روش درون‌یابی که برای اولین بار در این پایان‌نامه به‌کار گرفته شد، روش درون‌یابی غیرخطی هرمیت درجه سه است. پس از گسسته‌سازی معادلات به‌نحو مناسب و تهیه برنامه‌ی کامپیوتری، تعدادی مدل جهت اعتبارسنجی انتخاب گردید و نتایج ذیل از بررسی این مدل‌ها به‌دست آمده‌اند. نتایج معادلات تقریبی و کامل در روش‌های خطی و غیرخطی تفاوت چندانی با هم ندارند. با این حال، در تمامی روش‌ها استفاده از معادلات تقریبی به زمان کمتری برای اجرا نیاز دارد. همچنین، ملاحظه گردید که در روش‌های درون‌یابی خطی و غیر‌خطی، نتایج درون‌یابی‌های ترکیبی در نقاط حداقل و میانه، در بازه‌ای مابین نتایج روش‌های درون‌یابی روی خط مکانی و زمانی قرار می‌گیرند. با آن‌که زمان پردازش مسایل با درون‌یابی‌های ترکیبی بیشتر از روش‌های درون‌یابی مکانی و زمانی است، جواب‌های دقیق‌تری را به‌دست نمی‌دهند. از سوی دیگر، با کاهش عدد کورانت، درون‌یابی‌های غیرخطی جواب‌های دقیق‌تری نسبت به درون‌یابی‌های خطی ارائه می‌دهند و در میان روش‌های غیرخطی نیز روش هرمیت خطای عددی کمتری نسبت به روش اسپلاین دارد. در برخی از مدل‌ها نتایج روش‌های عددی ارائه شده با نتایج تجربی مقایسه گردید که نشان می‌دهد روش‌های غیرخطی اختلاف فاز کمتری با نتایج معیار دارند و در میان روش‌های غیرخطی هم روش هرمیت تأخر فاز کمتری نسبت به روش اسپلاین دارد. در بخشی از پایان‌نامه، مقایسه‌ای میان حساسیت روش‌های درون‌یابی خطی و غیرخطی به تغییرات عدد کورانت صورت گرفت که نتایج نشان‌دهنده حساسیت کمتر روش‌های غیرخطی بود. از لحاظ محور درون‌یابی نیز، حساسیت درون‌یابی مکانی نسبت به تغییرات عدد کورانت کمتر از درون‌یابی زمانی برآورد گردید. با مقایسه درون‌یابی‌های مختلف برای حل مسایل با شرایط مرزی پیچیده، ملاحظه گردید که نوع درون‌یابی مورد استفاده از اهمیت بالایی برخوردار نیست و در این مدل‌ها می‌توان از درون‌یابی‌های خطی (به‌دلیل هزینه محاسباتی پایین‌تر) استفاده کرد. برای مقایسه خطای عددی روش‌های درون‌یابی مختلف از روی‌کرد انرژی استفاده شده است که نشان‌دهنده خطای کمتر روش‌های غیرخطی و به‌ویژه روش هرمیت است. در مجموع، مقایسه میان دقت روش‌های مختلف درون‌یابی نشان داد که بهترین روش از لحاظ مکان درون‌یابی، درون‌یابی روی خط زمانی است. با این حال، این روش در مقایسه با درون‌یابی‌های مکانی به زمان و حافظه محاسباتی بیشتری نیاز دارد. در میان روش‌های درون‌یابی خطی و غیرخطی، روش هرمیت به‌عنوان بهترین روش درون‌یابی در روش مشخصه‌ها برای مسایل ضربه‌ی قوچ پیشنهاد می‌گردد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی