جلسه دفاع پایان ­نامه کارشناسی ارشد (آقای یونس نریمانی)

موضوع: بهینه سازی نازل یک موتور توربوجت در رژیم گذر صوت با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و حلگر الحاقی

ارائه دهنده: یونس نریمانی

استادان راهنما: دکتر مهدی نیلی- دکتر ایمان چیت‌ساز

استادان مشاور: دکتر امید نعمت‌الهی

استادان داور: دکتر احمد سوهان‌کار- دکتر احمدرضا پیشه‌ور

چیکده:

امروزه بخش قابل توجهی از مسائل مهندسی مربوط به حوزه‌ی بهینه سازی می‌باشد و روش‌های گوناگون بهینه سازی مطرح گشته است. در یک مسئله‌ی بهینه سازی هدف پیدا کردن مقدار بهینه‌ی یک تابع هدف وابسته به ضرایب و پارامترهای فیزیکی و هندسی مسئله است. بهینه سازی هندسی در حوزه‌ی آیرودینامیک با هدف ارتقاء عملکرد سیستم سیالاتی مورد نظر و افزایش راندمان آن صورت می‌گیرد. انتخاب روش بهینه سازی مناسب برای مسئله مورد نظر، از اهمیت زیادی برخوردار است و بر روی هزینه‌ی محاسبات و دقت جواب حاصل از بهینه سازی موثر است. در این پژوهش، ایده‌ی ترکیب بهینه سازی گرادیانی و غیرگرادیانی به منظور استفاده از مزایای هر یک از آن ها و افزایش دقت بهینه سازی، مطرح گشته است. روش‌های گرادیانی بر خلاف روش‌های غیرگرادیانی، از مشتق تابع هدف نسبت به متغیرهای طراحی برای بهینه سازی استفاده می‌کنند. برای پیاده سازی این ایده، از الگوریتم ژنتیک به عنوان یک روش بهینه‌سازی غیرگرادیانی استفاده شده است که یک الگوریتم فرا ابتکاری می باشد و قادر است تمامی دامنه‌ی حل مسئله را جست‌وجو کند و به سمت بهینه‌ی سراسری همگرا شود. هم‌چنین از روش معادلات الحاقی به منظور بهینه سازی گرادیانی، استفاده شده است. روش‌های گرادیانی قادرند بهینه ی محلی را با دقت مناسب به دست آورند. مزیت روش معادلات الحاقی در مقایسه با سایر روش‌های گرادیانی، استقلال هزینه‌ی محاسبات نسبت به تعداد متغیرهای طراحی است و در نتیجه برای مسائل بهینه سازی هندسی که عموما تعداد متغیرهای طراحی زیاد است، مناسب می‌باشد. برای به کارگیری روش معادلات الحاقی از ابزار بهینه سازی موجود در نرم افزار فلوئنت استفاده شده است. شیوه‌ی بهینه سازی به این صورت است که ابتدا با استفاده از الگوریتم ژنتیک، از بهینه‌های محلی عبور می‌شود و الگوریتم ژنتیک حدود بهینه‌ی سراسری را شناسایی کرده و به آن نزدیک می‌شود. سپس جواب حاصل از الگوریتم ژنتیک وارد روش معادلات الحاقی می‌شود و بهینه سازی نهایی برای دست یابی به مقدار دقیق بهینه‌ی سراسری، بر روی آن صورت می‌گیرد. در پژوهش حاضر، بهینه سازی بر روی نازل خروجی توربین گاز هوایی صورت گرفته است که طراحی صحیح آن، نقش مهمی در افزایش نیروی پیشرانش تولیدی توسط مجموعه‌ی موتور دارد. این نازل دارای یک قسمت مخروطی شکل در وسط خود می‌باشد. بهینه سازی در سه مرحله صورت گرفته است و اثرات قسمت مخروطی و بیرون زدگی آن در نتایج مورد بررسی قرار گرفته است. هر مرحله از بهینه سازی، قیود هندسی مخصوص به خود را دارد؛ به نحوی که این سه مرحله مکمل هم باشند و تمامی هندسه های ممکن پوشش داده شود. هم‌چنین تابع هدف در هر سه مرحله، نیروی پیشرانش حاصل از نازل در شرایط بالادست و پایین‌دست ثابت می‌باشد. از نتایج به دست آمده مشخص می‌شود که قسمت مخروطی میانی می‌تواند در هدایت و جهت دهی به جریان موثر باشد و از این طریق به افزایش نیروی پیشرانش کمک کند. هم چنین از مقایسه‌ی نتایج سه مرحله به دست می‌آید که بیرون زدگی قسمت مخروطی میانی از پوسته‌ی نازل، تاثیر چندانی در افزایش نیروی پیشرانش ندارد. در نهایت، بیشینه‌ی بازده نازل که در این پژوهش و در طی بهینه سازی به دست آمده است برابر با 96/15 درصد می‌باشد.