جلسه دفاع رساله دکتری (خانم عاطفه کریمی نیا)

موضوع: توسعه سه بعدی یک روش طراحی معکوس برای طراحی آیرودینامیکی دیفیوزر S شکل

ارائه دهنده: عاطفه كريمي‌نيا

استاد راهنما: دکتر مهدي نيلي احمدآبادي

استاد مشاور: دکتر فرهاد قدک

اساتید داور: دکتر علی اشرفی ­زاده، دکتر محمود اشرفی زاده، دکتر احمدرضا پیشه ور

چکیده

یکی از مسائل مهم و کاربردی در مکانیک سیالات، طراحی معکوس مجاری سیال برای جریان­ های داخلی می­ باشد. در روش طراحی معکوس، توزیع یک کمیت آیرودینامیکی مانند فشار یا سرعت معلوم است و هدف تعیین هندسه ای است که این توزیع را ارضا کند. یکی از روش های طراحی معکوس الگوریتم گلوله-اسپاین است، که مرز جسم توسط گلوله های آزاد که در مسیرهای معین حرکت می کنند مدل می شود و اختلاف توزیع فشار هدف و موجود عامل جابجائی گلوله ها می­ باشد. هدف از این رساله توسعه سه بعدی روش گلوله اسپاین به منظور طراحی سه بعدی دیفیوزرS شکل می باشد.

 توزیع فشار دیواره یک دیفیوزر S شکل متأثر از انحنای خط مرکزی، پروفیل و مساحت سطح مقطع در طول کانال می ­باشد، لذا دستیابی به جواب یکتا در طراحی معکوس سه بعدی یک دیفیوزر انحنادار چالش اصلی در این رساله است. کارهای قبلی طراحی معکوس دیفیوزر به صورت دو بعدی و یا شبه سه بعدی صورت گرفته است بطوریکه طراحی معکوس فقط برای خطوط بالا و پایین در صفحه تقارن انجام می­ شود و معیار جابه جایی نقاط کنترلی اختلاف فشار است که در طراحی معکوس سه بعدی به خاطر اثر مساحت بر توزیع فشار معیار مناسبی نمی باشد.

در این رساله، دو روش برای طراحی معکوس سه بعدی یک دیفیوزر S شکل ارائه می­ شود که در هر دو روش، یک حلگر سه بعدی اویلری AUSM با الگوریتم اصلاح هندسه کوپل می شود. در روش اول، معیار جابجایی گلوله ­ها اختلاف فشار گیج شده است که اصلاح انحنای کانال و اصلاح مقاطع را در دو مرحله جداگانه انجام می دهد. در این روش، اثر انتخاب اسپاین­ ها (شعاعی، عمودی و افقی) و شبکه بندی دیواره دیفیوزر بر همگرایی و یکتایی حل بررسی گردید و این نتیجه حاصل شد که برای همگرائی به جواب یکتا لازم است از اسپاین­ های افقی با شبکه بندی خط جریانی استفاده شود. ارزیابی طراحی معکوس با انتخاب یک دیفیوزر مستقیم با مقاطع سوپر بیضی بعنوان حدس اولیه و همگرائی به یک دیفیوزر S شکل با مقطع بیضی بعنوان هندسه هدف صورت گرفت. سپس، با اصلاح کانتور فشار هدف روی تمامی خطوط جریان منطبق بر دیواره، بارگذاری زیاد روی خطوط تقارن بالا و پائین توسط اصلاح بارگذاری خطوط جانبی دیواره جبران گردید و هندسه متناظر توسط طراحی معکوس سه بعدی بدست آمد. عملکرد آیرودینامیکی دیفیوزرS شکل اولیه و طراحی شده توسط حل معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده رینولدز (RANS) با مدل آشفتگی k-ω SST در آنها صورت گرفت که بیانگر حذف جدایش، کاهش افت فشار کل و بهبود بدشکلی جریان خروجی در دیفیوزر طراحی شده در مقایسه با دیفیوزرS  شکل اولیه بود. تعداد زیاد اصلاح هندسه برای رسیدن به هندسه هدف در روش اول را می توان بعنوان عیب آن در نظر گرفت.

 در روش دوم، با استفاده از معادله انحنای خط جریان، یک پارامتر فشار بی بعد تعریف گردید که در آن اثر مساحت حذف شد و بعنوان معیار مناسبی برای جابه­ جایی نقاط کنترلی در طراحی معکوس سه بعدی در نظر گرفته شد. در این روش، دیفیوزر سه بعدی با تعداد زیادی کانال صفحه ­ای دو بعدی جایگزین می ­شود که لازم است مقاطع آن به صورت عمود بر خط مرکزی کانال درنظر گرفته شوند. فشار بی بعد تعریف شده در هر نقطه کنترلی تابع دو پارامتر انحنای خط مرکزی و ارتفاع مقاطع (نصف فاصله دیواره بالا و پایین) مربوط به کانال صفحه ­ای دو بعدی است و در هر مرحله اصلاح هندسه به تناوب با ثابت گرفتن یکی از پارامترهای ذکر شده، پارامتر دیگر اصلاح می­ شود. روش پیشنهادی با همگرا شدن یک دیفیوزر مستقیم با سطح مقطع دلخواه به دیفیوزر S شکل هدف اعتبار سنجی شد. مقایسه دو روش نشان میدهد تعداد اصلاح هندسه برای همگرائی در روش دوم بسیار کمتر از روش اول است. در نهایت، طراحی آیرودینامیکی یک دیفیوزر S شکل با افزایش 20 درصدی اختلاف ارتفاع بین ورودی و خروجی کانال با اعمال روش دوم صورت گرفت. در این طراحی با اصلاح بارگذاری فشار روی خطوط جریان دیواره، مقاطع کانال بگونه ای اصلاح شد که با حذف جریان ثانویه و جدایش، کارایی دیفیوزر با کاهش 69 درصدی بدشکلی جریان خروجی و افزایش 30 درصدی بازیافت فشار بطور قابل توجهی بهبود یافت.

کلمات کلیدی: طراحی معکوس سه بعدی، دیفیوزر S شکل سه بعدی، الگوریتم گلوله-اسپاین، پارامتر فشار بی بعد، شبکه ­بندی خط جریانی، جریان ثانویه

فارسی

تاریخ: 

شنبه, 23 اسفند, 1399 - 16:30

نوع رویداد: 

سمینار علمی

عکس: 

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی