شماره راهنما :
1893 دكتري
پديد آورنده :
نورصالحي، محمد حسين
عنوان :
بهينه‌سازي روش طراحي معكوس پوسته الاستيك به همراه توسعه آن بر مبناي تنش برشي براي جريان‌هاي داراي جدايش
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
شش، 173ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مهدي نيلي احمدآبادي
استاد مشاور :
علي اشرفي زاده
توصيفگر ها :
طراحي معكوس , الگوريتم پوسته الاستيك , الگوريتم پوسته الاستيك ارتقاء يافته , پره گذرصوت , فشار , تنش برشي , جدايش جريان , جريان آرام , جريان مغشوش , جريان دوبعدي , نرخ همگرايي
استاد داور :
محسن ثقفيان، ابراهيم شيراني، فرهاد قدك، علي مددي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/01/29
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/01/29
چكيده فارسي :
برخلاف مسائل تحليل مستقيم كه در آن ميدان جريان مجهول براي هندسه معلوم به دست مي‌آيد، در روش¬هاي طراحي معكوس به ازاي يك توزيع فشار يا توزيع سرعت معلوم، هندسه مربوطه توليد مي¬شود. روش پوسته الاستيك براي طراحي معكوس ايرفويل¬هاي دوبعدي لبه پهن در جريان خارجي ابداع شده و سرعت همگرايي اين روش در رژيم گذر صوت بسيار بالاتر از روش هاي مشابه بوده است. با توجه به اين مزيت، در اين پژوهش به ارتقاء اين روش و توسعه آن بر مبناي تنش برشي براي جريان¬هاي خارجي دوبعدي آرام و مغشوش داراي جدايش پرداخته شده است. روش پوسته الاستيك، در طراحي معكوس جريان¬هاي داراي جدايش، به علت تغييرات ناچيز فشار در ناحيه جدايش و حساسيت بسيار پايين فشار به هندسه در اين ناحيه، دچار نوسان، ناپايداري و واگرائي مي‌شود، به‌طوري‌كه قابل استفاده براي جريان¬هاي داراي جدايش نيست. به همين دليل ابتدا لازم است اين روش ارتقاء پيدا كند. مبناي اصلي اين ارتقاء توجه به ويژگي منحني خيز تير بوده كه در همه نقاط پيوسته و مشتق‌پذير است. به‌عبارت‌ديگر برخلاف نسخه اول، در نسخه ارتقاءيافته بدون اعمال هيچ‌گونه فيلتراسيون هندسي جهت برطرف كردن شكستگي‌هاي پروفيل‌هاي مياني، تماماً از خاصيت فيزيكي تير تيموشنكو در تغيير شكل‌هاي بزرگ استفاده مي‌شود. جهت افزايش ميزان جابجايي تير در هر مرحله تغيير شكل، مدول الاستيسيته تير به صورت خودكار محاسبه مي‌شود. درنهايت، ارتقاء روش پوسته الاستيك در فضاي دوبعدي و در چند مرحله انجام گرفته است. در اين پژوهش، حلگر جريان نرم افزار فلوئنت است كه براي جريان لزج از مدل اغتشاشي k-ω-SST استفاده مي¬كند. جهت شبكه بندي ناحيه حل نيز نرم افزار گمبيت به كار رفته است. همچنين فرآيند توليد هندسه توسط حل معادلات المان محدود دوبعدي تير در نرم افزار فرترن به صورت كد نوشته شده است. جهت بررسي توانايي و كارآمدي الگوريتم پوسته الاستيك ارتقاء يافته، چند مثال اعتبارسنجي و طراحي بر روي پره لبه تيز دوبعدي گذرصوت كمپرسور محوري انجام شد. در رژيم گذر صوت، به دليل وقوع شوك و جابجايي محل شوك در تغييرشكل¬¬ها، نوساناتي در روند طراحي معكوس مشاهده مي‌شود. اين مشكل در نسخه ارتقاءيافته توسط اعمال قيودي در كد فرترن برطرف شد. نتايج اعتبارسنجي و طراحي بر روي پره گذرصوت دوبعدي بيانگر توانائي، انعطاف‌پذيري و نرخ هم‌گرائي بالاي روش پوسته الاستيك ارتقاءيافته در طراحي پره‌هاي كمپرسور محوري است. در مرحله بعد و با استفاده از روابط لايه مرزي، تنش برشي به عنوان يك تابع هدف جديد در كنار فشار به الگوريتم پوسته الاستيك ارتقاء يافته اضافه شده و يك پارامتر جديد به صورت تركيب خطي از فشار و تنش برشي جهت اصلاح هندسه معرفي گرديد. با استفاده از اين پارامتر تركيبي، چند مثال اعتبارسنجي و طراحي در جريان خارجي دوبعدي مغشوش داراي جدايش انجام شد كه نتايج نشان¬دهنده توانايي بالاي الگوريتم ارتقاء يافته جهت طراحي معكوس در جريان¬هاي مغشوش داراي جدايش است. در پايان اين پژوهش، چند مثال اعتبارسنجي و طراحي با استفاده از الگوريتم پوسته الاستيك ارتقاء يافته و صرفا با به كارگيري تنش برشي (به عنوان تابع هدف) در جريان خارجي دوبعدي آرام صورت گرفت كه نتايج حاصله توانايي اين روش را در رژيم جريان آرام (بدون جدايش و با جدايش) به خوبي اثبات نمود. در اين پژوهش نشان داده شد، انتخاب مناسب قيود مسئله و مشخصات تير از قبيل مدول الاستيسيته به عنوان كنترل‌كننده‌هاي پايداري و نرخ هم‌گرائي، تأثير بسزايي در ارتقاء و توسعه روش براي پره كمپرسور محوري گذرصوت و جريان¬هاي خارجي (آرام و مغشوش) داراي جدايش در حالت دوبعدي داشته است.
چكيده انگليسي :
Unlike direct analysis problems in which the unknown flow field is obtained for a given geometry, the corresponding geometry is generated for a given pressure or velocity distribution in the inverse design methods. The Elastic Surface Method has been developed for the inverse design of blunt-leading-edged two-dimensional airfoils in the external flow, so that the convergence rate of this method in the transonic flow regime has been much higher than similar methods. In this research due to this advantage, the upgrade of this method and its development based on shear stress have been investigated for laminar and turbulent two-dimensional external flows with separation. In the inverse design of separated flows, due to small pressure variations in the separation region and very low pressure sensitivity to the geometry variations in this region, the initial Elastic Surface Method led to oscillation, instability and divergence, so that it could not be used for the separated flows. For this reason, it was first necessary to upgrade this method. The main basis of this upgrade has been paying attention to the characteristics of the beam displacement curve that is continuous and derivative at all points. In other words, unlike the initial Elastic Surface Algorithm (ESA) that applied the geometric filtration to eliminate fractures of the middle profiles, the Upgraded ESA have used all the physical properties of Timoshenko beam with large deformation theory. The elasticity modulus of the curved beam is calculated automatically at each deformation step, in order to increase the beam displacements. By the way, the upgrade of the ESA has been done in two-dimensional space and developing to the three-dimensional space will be the subject of future research. In this research, the flow solver has been Fluent software, which has used the k-ω-SST turbulence model for viscous flow. Also, the numerical domain grid has been produced by using Gambit software. Moreover, the process of geometry generation by solving the equations of the two-dimensional Finite Element Method has been written as a FORTRAN code. To evaluate the capability and efficiency of the Upgraded Elastic Surface Algorithm, several validation and design examples have been performed on the two-dimensional sharp-edged transonic blade of the axial-flow compressor.
استاد راهنما :
مهدي نيلي احمدآبادي
استاد مشاور :
علي اشرفي زاده
استاد داور :
محسن ثقفيان، ابراهيم شيراني، فرهاد قدك، علي مددي
