عنوان
ارتقاء و توسعه سه بعدي روش طراحي معكوس گلوله-اسپاين به همراه طراحي آيرودينلميكي ديفيوزر S شكل سه بعدي
نويسنده اصلي
كريمي نيا، عاطفه
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
يكي از مسائل مهم و كاربردي در مكانيك سيالات، طراحي معكوس مجاري سيال براي جريان¬هاي داخلي مي¬باشد. در روش طراحي معكوس، توزيع يك كميت آيروديناميكي مانند فشار يا سرعت معلوم است و هدف تعيين هندسه اي است كه اين توزيع را ارضا كند. يكي از روش هاي طراحي معكوس الگوريتم گلوله-اسپاين است، كه مرز جسم توسط گلوله هاي آزاد كه در مسيرهاي معين حركت مي كنند مدل مي شود و اختلاف توزيع فشار هدف و موجود عامل جابجائي گلوله ها مي¬باشد. هدف از اين رساله توسعه سه بعدي روش گلوله اسپاين به منظور طراحي سه بعدي ديفيوزرS شكل مي باشد.
توزيع فشار ديواره يك ديفيوزر S شكل متأثر از انحناي خط مركزي، پروفيل و مساحت سطح مقطع در طول كانال مي¬باشد، لذا دستيابي به جواب يكتا در طراحي معكوس سه بعدي يك ديفيوزر انحنادار چالش اصلي در اين رساله است. كارهاي قبلي طراحي معكوس ديفيوزر به صورت دو بعدي و يا شبه سه بعدي صورت گرفته است بطوريكه طراحي معكوس فقط براي خطوط بالا و پايين در صفحه تقارن انجام مي¬شود و معيار جابه¬جايي نقاط كنترلي اختلاف فشار است كه در طراحي معكوس سه بعدي به خاطر اثر مساحت بر توزيع فشار معيار مناسبي نمي¬باشد.
در اين رساله، دو روش براي طراحي معكوس سه بعدي يك ديفيوزر S شكل ارائه مي¬شود كه در هر دو روش، يك حلگر سه بعدي اويلري AUSM با الگوريتم اصلاح هندسه كوپل مي¬شود. در روش اول، معيار جابجايي گلوله¬ها اختلاف فشار گيج شده است كه اصلاح انحناي كانال و اصلاح مقاطع را در دو مرحله جداگانه انجام ميدهد. در اين روش، اثر انتخاب اسپاين¬ها (شعاعي، عمودي و افقي) و شبكه بندي ديواره ديفيوزر بر همگرايي و يكتايي حل بررسي گرديد و اين نتيجه حاصل شد كه براي همگرائي به جواب يكتا لازم است از اسپاين¬هاي افقي با شبكه بندي خط جرياني استفاده شود. ارزيابي طراحي معكوس با انتخاب يك ديفيوزر مستقيم با مقاطع سوپر بيضي بعنوان حدس اوليه و همگرائي به يك ديفيوزر S شكل با مقطع بيضي بعنوان هندسه هدف صورت گرفت. سپس، با اصلاح كانتور فشار هدف روي تمامي خطوط جريان منطبق بر ديواره، بارگذاري زياد روي خطوط تقارن بالا و پائين توسط اصلاح بارگذاري خطوط جانبي ديواره جبران گرديد و هندسه متناظر توسط طراحي معكوس سه بعدي بدست آمد. عملكرد آيروديناميكي ديفيوزرS شكل اوليه و طراحي شده توسط حل معادلات ناوير استوكس متوسط گيري شده رينولدز (RANS) با مدل آشفتگي k-ω SST در آنها صورت گرفت كه بيانگر حذف جدايش، كاهش افت فشار كل و بهبود بدشكلي جريان خروجي در ديفيوزر طراحي شده در مقايسه با ديفيوزرS شكل اوليه بود. تعداد زياد اصلاح هندسه براي رسيدن به هندسه هدف در روش اول را ميتوان بعنوان عيب آن در نظر گرفت.
در روش دوم، با استفاده از معادله انحناي خط جريان، يك پارامتر فشار بي بعد تعريف گرديد كه در آن اثر مساحت حذف شد و بعنوان معيار مناسبي براي جابه¬جايي نقاط كنترلي در طراحي معكوس سه بعدي در نظر گرفته شد. در اين روش، ديفيوزر سه بعدي با تعداد زيادي كانال صفحه¬اي دو بعدي جايگزين مي¬شود كه لازم است مقاطع آن به صورت عمود بر خط مركزي كانال درنظر گرفته شوند. فشار بي بعد تعريف شده در هر نقطه كنترلي تابع دو پارامتر انحناي خط مركزي و ارتفاع مقاطع (نصف فاصله ديواره بالا و پايين) مربوط به كانال صفحه¬اي دو بعدي است و در هر مرحله اصلاح هندسه به تناوب با ثابت گرفتن يكي از پارامترهاي ذكر شده، پارامتر ديگر اصلاح مي¬شود. روش پيشنهادي با همگرا شدن يك ديفيوزر مستقيم با سطح مقطع دلخواه به ديفيوزر S شكل هدف اعتبار سنجي شد. مقايسه دو روش نشان ميدهد تعداد اصلاح هندسه براي همگرائي در روش دوم بسيار كمتر از روش اول است. در نهايت، طراحي آيروديناميكي يك ديفيوزر S شكل با افزايش 20 درصدي اختلاف ارتفاع بين ورودي و خروجي كانال با اعمال روش دوم صورت گرفت. در اين طراحي با اصلاح بارگذاري فشار روي خطوط جريان ديواره، مقاطع كانال بگونه اي اصلاح شد كه با حذف جريان ثانويه و جدايش، كارايي ديفيوزر با كاهش 69 درصدي بدشكلي جريان خروجي و افزايش 30 درصدي بازيافت فشار بطور قابل توجهي بهبود يافت.
شماره ركورد
211567
گرايش رشته تحصيلي
تبديل انرژي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان
استاد مشاور
فرهاد قدك
استاد داور
علي اشرفي زاده، محمود اشرفي زاده، احمدرضا پيشه ور
استاد راهنما
مهدي نيلي احمدآبادي