تخمين فشار متوسط ديناميكي در جريان هاي دوفازي آب و هوا با استفاده از شبكه هاي عصبي مصنوعي و سيستم عصبي - فازي تطبيقي

Estimation of Dynamic Pressure in Two-Phase Air-Water Flow Using ANN and ANFIS

جريان دوفازي در سازه هاي گوناگون از جمله سيستم هاي انتقال آب و خطوط لوله دريايي انتقال نفت و در سازه هاي هيدروليكي از جمله سرريز هاي نيلوفري، شفت هاي قائم، كالورت ها و تونل ها و مجاري بسته اتفاق مي افتد. پيش بيني فشار ديناميكي در جريان هاي دوفازي جهت طراحي بهينه و مناسب و جلوگيري از وقوع مشكلات ناخواسته در اثر ايجاد جريان هاي دوفازي امري ضروري است. در اين تحقيق مدل هايي جامع جهت پيش بيني فشار ديناميكي در جريان هاي دوفازي آب و هوا با استفاده از شبكه هاي عصبي و سيستم عصبي- فازي تطبيقي (انفيس) ارائه مي شود. از آن جايي كه مدل انفيس در مواجهه با فرآيند هاي پيچيده با تعداد پارامترهاي زياد، قوانين زيادي توليد مي كند و حجم محاسبات را بيش تر مي كند، استفاده از پيش پردازش خوشه بندي فازي كارآيي مدل انفيس را بيش تر و حجم محاسبات را كمتر مي كند. استفاده از آلگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات يكي ديگر از تكنيك هاي بهبود نتايج در اين تحقيق است. در اين پژوهش براي تنظيم وزن ها و باياس هاي شبكه هاي عصبي از آلگوريتم ازدحام ذرات استفاده شده است. در مدل هاي انفيس نيز در رابطه با تنظيم پارامترها، الگوريتم تركيبي ازدحام ذرات و حداقل مربعات استفاده شده است. در اين بررسي مشخص شد كه نتايج حاصل از مدل هاي انفيس همراه با پيش پردازش خوشه بندي فازي و آلگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات داراي دقت بالاتري هستند.

Two phase gas-liquid flows occur in a wide variety of situations, i.e., in water supply systems, petroleum industry, pressurized tunnels and pipelines, culverts and water conduits (Mishima and Hibiki, 1996, Kabiri-Samani and Borghei, 2010). Air entrainment into a pipeline is a result of vortices at water intakes. Due to the severity of two-phase air-water flow at hydraulic systems, estimation of the dynamic pressure and pressure fluctuations in such systems is of great importance in practice (Yan et al., 2014). Most of the former studies have focused on two-phase gas-liquid flow in micro-channels and small pipelines, however, there is a lack of fundamental studies on pipelines with larger dimensions as used in hydraulic systems. Recently, some computational intelligence approaches such as ANN and ANFIS are very effectively used to predict complex problems with several parameters involved (Jang et al., 1997, Sebakhi, 2010, Fan and Yan, 2014). The present study focuses on estimation of dynamic pressure in two-phase air-water flow using ANN and ANFIS combined with PSO algorithm and subtractive clustering technique.