جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای علی سلطانی نیا)

موضوع: شبیه‌سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت اطراف سیلندرهای مستطیلی با لبه‌های گردشده 

ارائه دهنده: علی سلطانی‌نیا 

استادان راهنما: دکتر احمد سوهانکار

استادان داور: دکتر مهدی نیلی احمدآبادی، دکتر محسن ثقفیان

چکیده:

در این پایان‌نامه جریان سیال و انتقال حرارت حول سیلندرهای مستطیلی دوبعدی با نسبت منظری 1 تا 5 و شعاع انحنا بدون بعد گوشه‌ها مابین0 تا 0.5 در اعداد رینولدز 30 تا 150 به صورت عددی و با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با استفاده از مدل‌های مختلف یادگیری ماشین و داده‌های حاصل شده از شبیه‌سازی‌های عددی، کمیت‌های آیرودینامیکی و جریان اطراف سیلندر در طیف نسبت منظری و  شعاع انحنا مورد بررسی پیش‌بینی شده است. هدف اصلی این پژوهش، بررسی تاثیر تغییرات نسبت منظری، شعاع انحنا و عدد رینولدز بر جریان متوسط و لحظه‌ای، کمیت‌های کلی جریان و همچنین تعیین عدد رینولدز آستانه ریزش گردابه می‌باشد. در این تحقیق، عدد رینولدز بحرانی شروع ریزش گردابه که در آن جریان از حالت پایا به ناپایای دوبعدی پریودیک تبدیل می‌شود، در نسبت‌های منظری و شعاع انحناهای مختلف بدست آمد. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت منظری عدد رینولدز بحرانی افزایش می‌یابد. همچنین در سیلندرهای مربعی با افزایش شعاع انحنا بدون بعد از 0 تا 0.125 عدد رینولدز بحرانی افزایش، از 0.125 تا 0.375 ثابت و از 0.375 تا 0.5 کاهش می‌یابد. در سیلندرهای مستطیلی(نسبت منظری 2 تا 5) در تمامی نسبت‌های منظری با افزایش شعاع انحنا بدون بعد از 0 تا 0.25 عدد رینولدز بحرانی افزایش یافته که این افزایش در محدوده شعاع های انحنا از 0 تا 0.25 تاثیر بیشتری بر روی عدد رینولدز بحرانی نسبت به محدوده 0.25 تا 0.5 دارد. نتایج همچنین نشان داد که دو الگوی جریان متوسط در محدوده اعداد رینولدز، نسبت‌های منظری و شعاع انحناهای مختلف شکل می‌گیرد. در الگوی اول، جریان سیال چسبیده به سطح سیلندر و جدایش از گوشه‌های پشتی سیلندر رخ می‌دهد و گردابه‌ای روی سطوح جانبی سیلندر تشکیل نمی‌شود. در الگوی دوم، جدایش جریان از گوشه‌های جلویی سیلندر رخ داده‌ و گردابه‌ روی سطوح جانبی سیلندر به همراه نقاط اتصال مجدد تشکیل می‌شود. الگوی اول جریان در سیلندرهای با گوشه گردشده در تمامی محدوده اعداد رینولدز شعاع انحناها تحت بررسی حاکم است درحالی که الگوی دوم جریان تنها در سیلندرهای با گوشه تیز در نسبت‌های منظری مختلف و در اعداد رینولدز بین 100 تا 150 رخ می‌دهد. با بررسی الگوهای لحظه‌ای جریان مشاهده شد که در سیلندرهای مربعی با افزایش شعاع انحنا قدرت گردابه‌های ریزش شده در پشت سیلندر افزایش یافته ولی در سیلندرهای مستطیلی در یک نسبت منظری مشخص با افزایش شعاع انحنا تفاوت محسوسی در قدرت گردابه‌های ریزش شده در پشت سیلندر وجود ندارد. مشاهده شد که با افزایش نسبت منظری در تمامی شعاع انحناها، قدرت گردابه پشت سیلندر کاهش می‌یابد. در این پژوهش تغییرات کمیت‌های آیرودینامیکی مانند ضرایب لیفت و درگ نوسانی، ضریب درگ متوسط(فشاری و اصطکاکی)، عدد استروهال و همچنین تنش‌های نوسانی عمودی و برشی بررسی گردید. مشاهده شد که به طور کلی نحوه تغییرات این کمیت‌ها به تغییرات رژیم جریان و عدد رینولدز و همچنین نسبت منظری وابسته است. نتایج نشان داد که ضرایب لیفت و درگ نوسانی و همچنین تنش‌های نوسانی با قدرت گردابه‌های ریزش شده در پشت سیلندر رابطه مستقیم دارند و این کمیت‌ها با افزایش نسبت منظری، کاهش می‌یایند. به عنوان نمونه در عدد رینولدز 150 در سیلندر مستطیلی با گوشه تیز با افزایش نسبت منظری از 1 تا 5، ضریب لیفت نوسانی ، ضریب درگ متوسط و عدد استروهال به ترتیب به میزان 68، 21 و 16 درصد کاهش می‌یابند. در سیلندر مستطیلی با گوشه گرد در شعاع انحنا 0.25 با افزایش نسبت منظری از 1 تا 5 به ترتیب به میزان 73، 17 و 21درصد کاهش در این کمیت‌ها مشاهده ‌شد. در عدد رینولدز 150 در سیلندر مربعی با افزایش شعاع انحنا از 0 تا 0.25 ضریب درگ متوسط به میزان 10درصد کاهش یافته و با افزایش شعاع انحنا از 0.25 تا 0.5 به میزان 4درصد افزایش می‌یابد درحالی که در سیلندرهای مستطیلی در تمامی نسبت‌های منظری، با افزایش شعاع انحنا، ضریب درگ متوسط به طور پیوسته کاهش میابد. در این پژوهش انتقال حرارت اطراف سیلندرهای مربعی و مستطیلی در شعاع انحناهای مختلف بررسی شد. در تمامی شعاع انحناها و نسبت‌های منظری با افزایش عدد رینولدز عدد ناسلت افزایش می‌یابد. همچنین در تمامی محدوده اعداد رینولدز پایا و ناپایا با افزایش نسبت منظری عدد ناسلت کاهش و با افزایش شعاع انحنا عدد ناسلت افزایش می‌یابد. به عنوان نمونه در عدد رینولدز 150 در سیلندرهای مستطیلی با افزایش نسبت منظری از 1 تا 5 در شعاع انحناهای 0، 0.25 و 0.5 به ترتیب به میزان 43، 48 و 51 درصد کاهش در عدد ناسلت مشاهده می‌شود. در این پژوهش مدل‌های مختلف یادگیری ماشین برای پیش‌بینی کمیت‌های مختلف شامل ضریب درگ متوسط، عدد استروهال، ضریب لیفت نوسانی، طول گردابه پشت سیلندر، قدرت گردابه پشت سیلندر و تنش‌های نوسانی بیشینه عمودی و برشی در نسبت‌های منظری و شعاع انحناهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مدل‌های مبتنی بر هسته مانند مدل‌های فرآیند گاوسی و بردار پشتیبان و همچنین مدل شبکه‌عصبی چندلایه بیشترین موفقیت را در پیش‌بینی این کمیت‌ها دارند.

کلمات کلیدی: عدد رینولدز بحرانی، ریزش‌گردابه، سیلندرمستطیلی، گوشه ‌گردشده، نسبت منظری، عدد رینولدز،کنترل غیرفعال جریان