جلسه دفاع ارزیابی پژوهشی 1 رساله دکتری (آقای عارف مشهدی)

موضوع: بررسی جریان گذار ویک سه بعدی سیلندرهای مستطیلی و پیش بینی زمانی الگوهای جریان توسط روش‌های یادگیری ماشین

ارائه دهنده: عارف مشهدی

استاد راهنما: دکتر احمد سوهانکار

استادان داور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور، دکتر محسن ثقفیان، دکتر محمدرضا سلیم‌پور

چکیده

جریان و انتقال حرارت پیرامون اجسام جریان بند با مقطع مستطیلی یا شبه مستطیلی علاوه بر جذابیت‌های آکادمیک و پایه‌ای به علت فیزیک پیچیده و رخداد پدیده‌های مختلف جریان، در زمینه‌های مختلف کاربرد‌های عملی فراوان دارد. به عنوان نمونه­ می­توان به جریان­ عبوری از سازه‌های عمرانی (همچون آسمان خراش‌ها) در اعداد زینولدز بالا و قطعات الکترونیکی روی برد در اعداد رینولدز پایین اشاره نمود. همچنین شناخت جریان اطراف این اجسام در درک بهتر و ایده گرفتن در زمینه‌هایی همچون طراحی وسایل نقلیه (مانند قطارهای سریع السیر)، تجهیزات ورزشی (همچون دوچرخه و کلاه ایمنی)، وسایل تولید کننده انرژی (شامل تولید کننده‌های انرژی پیزوالکتریک) به طور مستقیم و غیرمستقیم به کار می‌رود. اخیرا روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی (شامل یادگیری ماشین) یک ابزار مکمل مفید پیرامون مسائل مکانیک سیالات بوده که در زمینه‌های مختلف از جمله پیش بینی و کنترل جریان، حل معادلات پایه، بهینه سازی و... به روش‌های سنتی ( تجربی و عددی) کمک کرده است. استفاده از این ابزارها در آخرین پژوهش‌های روز دنیا به خصوص پیرامون جریان اطراف اجسام جریان‌بند توجه محققان را به خود جلب کرده که از جمله مهم‌ترین دلایل آن پیچیدگی جریان و حضور پدیده‌های مختلف سیالاتی پیرامون این هندسه می‌باشد که معیاری مفید برای بررسی عملکرد مدل‌های دینامیکی است. هندسه تحت بررسی در این پژوهش سیلندرهای مستطیلی نامحدود با نسبت‌های منظری مقطع (AR) مختلف مابین 25/0 تا 4 در محدوده اعداد رینولدز (Re) 30 تا 600 می‌باشد. همچنین تاثیر شعاع انحنا گوشه‌های سیلندر (r/D) در بعضی از اعداد رینولدز بر نتایج بررسی می‌شود. پژوهش حاضر اهداف گوناگونی داشته که سعی می‌شود به صورت جامع به آن‌ها پرداخته شود. هدف اصلی این پژوهش بررسی گذار جریان ویک دو به سه بعدی و ناپایداری و مد‌های حاصل از آن است. در این راستا محدوده اعداد رینولدز بحرانی که جریان از حالت دو بعدی به سه بعدی تبدیل می‌شود و محدوده اعداد رینولدز بحرانی ظهور ناپایداری‌های سه بعدی مختلف هریک توسط شبیه سازی عددی مستقیم (DNS) که بسیار پرهزینه است تعیین می‌گردد. همچنین، در این زمینه به بررسی اثر Re و AR بر کمیت‌های لحظه‌ای و متوسط جریان، ضرایب آیرودینامیک و غیره پرداخته خواهد شد. علاوه براین، مطالعه و عوامل موثر بر انتقال مسیر گردابه‌های اولیه (کارمن) به مسیر گردابه‌های دو لایه و ثانویه در محدوده هندسی-جریانی مورد بررسی نیز حائز اهمیت بوده که در این تحقیق بررسی جامع خواهد شد. با توجه به این که روش DNS بسیار زمانبر است، در گام دوم از روش‌های یادگیری ماشین پیچیده و قدرتمند که جهت پیش بینی زمانی طراحی شده‌اند، استفاده شده و از آن جهت پیش بینی زمانی الگوها و کمیت‌های جریان سه بعدی استفاده می‌گردد. مطالعه انتقال حرارت و بررسی عوامل هندسی (AR) و سیالاتی (Re و عدد پرانتل) برای سیلندرهای مستطیلی نیز حیاتی بوده که در این پژوهش مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. باتوجه به اینکه یکی از روش‌های کنترل جریان به صورت غیرفعال جهت اهداف مشخصی همچون افزایش انتقال حرارت، کاهش نیروی درگ ناشی از جریان و کاهش قدرت ریزش گردابه، تغییر در هندسه است، در پایان از طریق روش‌های مبتنی بر یادگیری ماشین یا الگوریتم‌های تکاملی به بهینه سازی‌ هندسه از طریق تغییر در r/D در جلو و پشت سیلندر و AR در یک Re خاص پرداخته خواهد شد.

کلمات کليدی: شبیه سازی عددی مستقیم، سیلندرهای مستطیلی، گذار جریان ویک سه بعدی، ناپایداری، یادگیری ماشین، بهینه سازی، پیش‌بینی الگوهای جریان