بهينه سازي تركيبي ايرفويل در جريان رينولدز فوق پايين برمبناي طراحي معكوس، مدل جايگزين و الگوريتم ژنتيك در زاويه حمله بهينه به همراه ابداع ايرفويل حفره دار هندسه متغير در زواياي حمله بالا

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

تبديل انرژي

كارشناسي ارشد

چكيده اين پژوهش به بهينه‌سازي هندسه و بهبود عملكرد ايرفويل‌ها در رژيم جريان با عدد رينولدز فوق پايين (1000) مي‌پردازد، و به دو بخش كلي: 1- بهينه‌سازي هندسه ايرفويل در يك زاويه حملۀ خاص (زاويه حملۀ 7 درجه) و 2- بهبود عملكرد ايرفويل در زواياي حملۀ 12 تا 26 درجه به منظور بهبود مانورپذيري ايرفويل، تقسيم مي‌شود. در بخش اول، به منظور بهينه‌سازي هندسه در زاويه حملۀ 7 درجه، از طراحي معكوس به‌وسيلۀ الگوريتم پوسته الاستيك برمبناي تنش برشي براي ايجاد مجموعۀ داده اوليه و سپس الگوريتم ژنتيك براي انجام فرآيند بهنيه‌سازي استفاده شد. در بخش دوم، اصلاحات هندسيِ خط جرياني در زواياي حملۀ 12 تا 26 درجه، به منظور كنترل جريانِ ناپايدار و جداشده از روي ايرفويل، انجام شد. در بخش اول پژوهش، نخست با استفاده از الگوريتم طراحي معكوسِ پوسته الاستيك بر مبناي تنش برشي و ارتقاي آن (آزادي جابجايي عمودي گره‌هاي ابتدايي و انتهايي تير) براي ايجاد هندسه‌هاي متفاوت و دلخواه، يك مجموعه دادۀ گسترده از هندسه‌هاي مختلف به همراه ضرايب آيروديناميكي متناظر آن‌ها توليد گرديد. استفاده از تنش برشي در طراحي معكوس براي اين رژيم جريان، به دليل ‌اينرسي كم و حساسيت پايين پارامتر فشار در اين رژيم جريان بود. پس از توليد مجموعۀ داده، يك مدل جايگزين (مدل رگرسيون تعاملي) جهت نگاشت مستقيم هندسه به ضرايب آيروديناميكي بر روي اين مجموعه داده، آموزش داده شد. پيش‌بيني‌ ضرايب آيروديناميكي از مشخصه‌هاي هندسي از مزيتِ حساسيت بالا به تغييرات هندسي و درك تاثيرات آن به صورت مستقيم در مقادير آيروديناميكي برخوردار بوده و قادر به تحليل و تفكيك هندسه‌هاي انبوه و متنوع مي‌باشد. از اين رو، نگاشت مستقيم هندسه به ضرايب آيروديناميكي گزينۀ مطلوبي براي بهينه‌سازي و كاوش در رژيم‌ جريان‌هاي ناشناخته است. در مرحلۀ بعد، تركيب اين جمعيت داده و مدل جايگزين در الگوريتم بهينه‌سازيِ ژنتيك، با دو تابعِ هدفِ افزايش نسبت ضريب ليفت به درگ و كاهش ضريب درگ با ليفت ثابت، به منظور دست‌يابي به ايرفويل‌هايي با ضرايب آيروديناميكي بهتر و همچنين اعمال قيد ضخامت براي جلوگيري از نازك شدن بي‌اندازۀ هندسه، مورد استفاده قرار گرفت. به‌طور خلاصه، نتايج اين بخش با تابع هدف افزايش نسبت ضريب ليفت به درگ و تابع هدف كاهش ضريب درگ با ليفت ثابت به ترتيب شامل، افزايش 24.83 درصدي و كاهش 6.27 درصدي، مي‌باشد. در بخش دوم، عملكرد آيروديناميكي سه ايرفويل (ناكا4404 و دو هندسۀ بهينه‌شده از بخش اول با دو تابع هدف يادشده)‌ در زواياي حملۀ 12 تا 26 درجه، با ايجاد اصلاحات هندسيِ خط جرياني روي سطح مكشي، بهبود يافت. در اين اصلاح هندسي، هدف محبوس كردن گردابه‌هاي ناشي از جدايش جريان در حفره‌اي در پشت ايرفويل و جلوگيري از وقوع جدايش جريان پيش از حفرۀ يادشده مي‌باشد. اين اصلاح هندسي با كنترل نوسانات ناپايدارِ ناشي از جدايش جريان و بهره‌گيري از گردابه‌هاي آن در جهت بهبود ضرايب آيروديناميكي، موجب افزايش ضريب ليفت و كاهش ضريب درگ شد. براي تحقق اين امر و دست‌يابي به بهترين مقادير آيروديناميكي، در هر زاويۀ حمله اندازۀ حفره و به دنبال آن هندسۀ سطح مكشي به صورت پيوسته تغيير كرد. به همين دليل، در اين پژوهش به اين نوع ايرفويلِ اصلاح‌شده، نام ايرفويلِ حفره‌دارِ هندسه متغير اطلاق مي‌شود. ميزان بهبود عملكرد آيروديناميكي (نسبت ضريب ليفت به درگ) به صورت ميانگين در تمام زواياي حملۀ 12 تا 26 درجه نسبت به هندسۀ اصلاح نشده تقريبا 40% مي‌باشد.

237998

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان