عنوان
بهينه‌سازي الحاقي-مبناء بال‌هاي موج‌دار سه‌بعدي با شرط مرزي پريوديك در شرايط طراحي و خارج طراحي
نويسنده اصلي
حاجي‌حيدري ورنوسفادراني، عباس
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
بهينه‌سازي هندسي در حوزه آيروديناميك با هدف ارتقاء عملكرد سيستم سيالاتي موردنظر و افزايش راندمان آن صورت مي‌گيرد. انتخاب روش بهينه‌سازي مناسب براي مسئلۀ موردنظر از اهميت زيادي برخوردار است و بر روي هزينۀ محاسبات و دقت جواب حاصل از بهينه‌سازي مؤثر است. در اين پژوهش، از روش معادلات الحاقي كه يك روش گرادياني مي‌باشد استفاده شده است. روش‌هاي گرادياني از مشتق تابع هدف نسبت به متغيرهاي طراحي براي بهينه‌سازي استفاده مي‌كنند و قادرند بهينۀ محلي را با دقت مناسب به دست آورند. مزيت روش معادلات الحاقي در مقايسه با ساير روش‌هاي گرادياني، استقلال هزينۀ محاسبات نسبت به تعداد متغيرهاي طراحي است و در نتيجه براي مسائل بهينه‌سازي هندسي كه عموماً تعداد متغيرهاي طراحي زياد است، مناسب مي‌باشد. در پژوهش حاضر، از ماژول الحاقي موجود در نرم افزار انسيس فلوئنت براي بهينه‌سازي آيروديناميكي بال موج‌دار سه‌بعدي استفاده شد و براي پارامتري‌كردن هندسه منحني بي‌اسپلاين و چند جمله‌اي برنشتاين به كار رفت. حل عددي معادلات حاكم بر جريان توسط نرم افزار انسيس فلوئنت صورت گرفت. جريان به صورت لزج در نظر گرفته شد و از مدل آشفتگي k-ω SST استفاده شد. مفهوم تركيب برجستگي‌هاي مواج در لبۀ جلويي بال با الهام از برجستگي‌هاي لبۀ جلويي باله‌هاي سينه‌اي نهنگ گوژپشت معروف به توبركل، قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين پژوهش، كانتور مواج بال از لبۀ جلويي بال شروع شده، در امتداد وتر امتداد يافته و به لبۀ انتهايي ختم مي‌شود. سه بال موج‌دار مختلف با مقاطع ايرفويل متقارن و نامتقارن ايجاد شد و نمايه شكل موج‌دار در طول وتر بال از طريق فرآيند بهينه‌سازي بهينه شد تا تأثير مفيدي بر ميدان جريان سه‌بعدي در اطراف بال داشته باشد. دو تابع هدف افزايش نسبت ليفت به درگ و كاهش درگ با ليفت ثابت در نظر گرفته شد و تمام گره‌هاي روي سطح بال به عنوان پارامترهاي متغير طراحي براي بهينه‌سازي در نظر گرفته شدند. براي كاهش هزينه‌هاي محاسباتي، تنها يك طول موج از بال موج‌دار سه‌بعدي با استفاده از شرايط مرزي پريوديك شبيه‌سازي شد. در بخش اول، بهينه‌سازي بر روي دو بال موج‌دار با دامنۀ زاويه‌اي 2 درجه با مقاطع ايرفويل متقارن و نامتقارن انجام شد. فرآيند بهينه‌سازي در نقطۀ طراحي با تابع هدف نسبت ليفت به درگ باعث افزايش تابع هدف به ترتيب، به ميزان 66 و 11 درصد گرديد كه بهبود قابل‌توجهي در عملكرد بال‌هاي بهينه‌شده هم در شرايط قبل و هم در شرايط پس از واماندگي نشان داد. همچنين، زاويه واماندگي بال با ايرفويل متقارن 1 درجه به تعويق افتاد. در بخش دوم اين پژوهش، بهينه‌سازي بر روي بال موج‌دار با دامنۀ زاويه‌اي 6.5 درجه با مقطع ايرفويل نامتقارن انجام شد. فرآيند بهينه‌سازي در نقاط طراحي و خارج طراحي (شرايط واماندگي) با استفاده از دو تابع هدف ذكرشده انجام گرفت. نتايج مربوط به نقطۀ طراحي نشان مي‌دهد كه، توابع هدف اول و دوم به ترتيب 21.1 و 12 درصد افزايش و كاهش يافته است. همچنين توابع هدف اول و دوم در نقطۀ خارج طراحي به ترتيب 15.38 و 26.5 درصد افزايش و كاهش يافته است. با مقايسۀ منحني‌هاي عملكرد بال‌هاي بهينه‌شده در اين حالت، مي‌توان نتيجه گرفت كه براي بهينه‌سازي در نقاط طراحي و خارج طراحي، به ترتيب استفاده از توابع هدف اول و دوم باعث افزايش بيشتر عملكرد آيروديناميكي بال مي‌شود. همچنين نتايج بهينه‌سازي هر سه بال حاكي از ايجاد برآمدگي‌هاي موضعي روي سطح مكش است كه باعث كنترل گراديان فشار و جدايش جريان مي‌شود. علاوه بر آن، فرورفتگي‌هاي موضعي بر روي سطح فشار نزديك لبۀ انتهايي ايجاد مي‌شوند كه باعث افزايش بارگذاري و ليفت بال مي‌شود. مقايسۀ ميدان جريان پشت بال‌هاي پايه و بهينه‌شده نشان مي‌دهد درحالي‌كه اندازه و فاصلۀ بين گردابه‌هاي ساعتگرد و پادساعتگرد موجود در ناحيۀ دنبالۀ بال بهينه كاهش يافته است، همچنين قطر و سيركولاسيون آن‌ها نيز كاهش يافته است. در نهايت، مقايسۀ نتايج بهينه‌سازي اين سه بال نشان مي‌دهد كه بال بهينه‌شدۀ نهايي با دامنۀ زاويه‌اي 2 درجه با مقطع ايرفويل نامتقارن نسبت به هندسه‌هاي بهينۀ دو بال ديگر، از راندمان آيروديناميكي بالاتري برخوردار است.
شماره ركورد
232877
گرايش رشته تحصيلي
تبديل انرژي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان