عنوان
توسعه نرم‌افزاري بر اساس روش‌هاي مومنتم المان پره و خط برا جهت تحليل هيدرو-آيروديناميكي پروانه‌ها
نويسنده اصلي
طيوري، سعيد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
از مسائل مهم حوزه هيدرو-آيروديناميك مبحث تحليل پروانه‌هاي شناورها و ملخ‌هاي هواپيما است. با تحليل هيدرو-آيروديناميك پروانه‌ها مي‌توان رفتار ديناميكي آن‌ها را پيش‌بيني كرد و در صورت لزوم اصلاحات لازم را در جهت بهبود عملكرد آن‌ها انجام داد. يكي از روش‌هاي تحليل هيدرو-آيروديناميك پروانه‌ها استفاده از نرم‌افزارهاي عددي مي‌باشد. در اين پژوهش با استفاده از تئوري‌هاي موجود هيدرو-آيروديناميك، برنامه‌اي طراحي شده است كه مي‌تواند پروانه‌هاي شناورها و ملخ‌هاي هواپيما را در زمان كوتاهي تحليل كند. برنامه طراحي شده در اين پژوهش از دو روش مومنتم المان پره و خط برا جهت تحليل مسائل استفاده مي‌كند. روش مومنتم المان پره با استفاده از قوانين بقا براي يك حجم كنترل حول پروانه، تعادل سرعت و نيرو در مقاطع مختلف پروانه مسئله را تحليل مي‌كند و روش خط برا با جايگزين كردن پره‌هاي پروانه با مجموعه‌اي از گردابه‌ها به حل مسئله مي‌پردازد. در پژوهش حاضر براي افزايش دقت برنامه از تصحيحاتي نظير اعمال افت پره و تصحيح ضريب ليفت براي جريان‌هاي سه‌بعدي براي روش مومنتم المان پره استفاده شده است. همچنين در اين پژوهش بر اساس نتايج تجربي رابطه‌اي براي ضريب سرعت محوري ارائه شده است كه سبب افزايش دقت در نتايج بخصوص افزايش دقت در محاسبه ضريب تراست پروانه مي‌شود. براي استفاده از اين روش‌ها نياز به ضريب ليفت و ضريب درگ در زواياي حمله مختلف در مقاطع مختلف پره مي‌باشد. ضرايب ليفت و درگ در زاويه‌هاي حمله‌ي محدود توسط نرم افزار تجاري Xfoil محاسبه شده و به برنامه طراحي شده در اين پژوهش منتقل مي‌شود. هنگامي كه براي تحليل پروانه نياز به ضرايب ليفت و درگ در خارج از محدوده‌اي كه توسط برنامه Xfoil محاسبه مي‌شود، مي‌باشد از روش ويترنا براي پيش‌بيني ضرايب ليفت و درگ در تمامي زواياي حمله استفاده شده است. از ديگر قابليت‌هاي برنامه طراحي شده در اين پژوهش بهينه‌سازي پروانه بوسيله الگوريتم ژنتيك است كه مي‌تواند پارامترهاي هندسي پروانه را مورد بهينه‌سازي قرار دهد. همچنين اين برنامه از قابليت تحليل چندتايي بهره مي‌برد. بدين صورت كه اين برنامه هر تعداد پروانه دلخواه را با شرايط تحليل يكسان مورد بررسي قرار مي‌دهد و نتايج را به صورت گروهي جهت مقايسه بين پروانه‌هاي تحليل شده نمايش مي‌دهد. قابليت ديگر برنامه توسعه يافته در اين پژوهش بدست آوردن پارامترهاي هندسي پروانه بر اساس شرايط و نتايج دلخواه است كه اين قابليت سبب كاهش زمان جهت بدست آوردن مشخصات هندسي پروانه بر اساس نتايج دلخواه است. براي صحت سنجي نتايج حاصل از تحليل برنامه، هر روش با داده‌هاي آزمايشگاهي و نتايج برنامه‌هاي مشابه مقايسه شده است. بدليل همسان‌سازي نوع روش حل براي مقايسه با برنامه‌هاي مشابه، براي روش مومنتم المان پره از برنامه Jblade و براي روش خط برا از برنامه Openprop استفاده شده است. نتايج حاصل از اين مقايسه نشان داد كه نتايج حاصل از روش مومنتم المان پره در برنامه طراحي شده نتايج بهتري را نسبت به برنامه Jblade ارائه مي‌كند ولي داراي اختلاف با نتايج آزمايشگاهي است. عواملي چون استفاده از فرضيات ساده‌كننده روش تحليل، تقربي بودن ضرايب ليفت و درگ محاسبه شده و ناتواني اين روش در محاسبه ضريب سرعت مماسي در اين اختلاف موثر هستند. نتايج حاصل از روش خط برا در اين پژوهش با نتايج آزمايشگاهي و برنامه Openprop داراي اختلاف اندكي است كه ناشي از تقريبي بودن ضرايب ليفت و درگ محاسبه شده است. براي بررسي بيشتر روش‌هاي تحليل، پروانه‌اي ديگر مورد بررسي قرار گرفته است و نتايج هر دو روش با نتايج برنامه Ansys CFX مقايسه شده است. در انتهاي پژوهش براي پروانه‌اي كه در قسمت قبل مورد بررسي قرار گرفته است با استفاده از روش الگوريتم ژنتيك مدل بهينه‌اي ارائه مي‌شود.
شماره ركورد
211434
گرايش رشته تحصيلي
تبديل انرژي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد مشاور
احمدرضا پيشه ور
استاد داور
محمود اشرفي زاده، محسن ثقفيان
استاد راهنما
شهريار منصورزاده