شماره مدرك
20892
شماره راهنما
17954
پديد آورنده
سلطانينيا، علي
عنوان
شبيهسازي جريان و انتقال حرارت اطراف سيلندرهاي مستطيلي با گوشه گرد و پيشبيني با استفاده از روشهاي يادگيري ماشين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
تبديل انرژي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
شانزده،154ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
عدد رينولدز بحراني , ريزش گردابه , سيلندر مستطيلي , گوشه گردشده , نسبت منظري , عدد رينولدز , كنترل غيرفعال جريان
تاريخ ورود اطلاعات
1404/11/07
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/11/07
كد ايرانداك
23201944
چكيده فارسي
در اين پاياننامه جريان سيال و انتقال حرارت حول سيلندرهاي مستطيلي دوبعدي با نسبت منظري 1 تا 5 و شعاع انحنا بدون بعد گوشهها مابين0 تا 0.5 در اعداد رينولدز 30 تا 150 به صورت عددي و با استفاده از نرمافزار فلوئنت مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين با استفاده از مدلهاي مختلف يادگيري ماشين و دادههاي حاصل شده از شبيهسازيهاي عددي، كميتهاي آيروديناميكي و جريان اطراف سيلندر در طيف نسبت منظري و شعاع انحنا مورد بررسي پيشبيني شده است. هدف اصلي اين پژوهش، بررسي تاثير تغييرات نسبت منظري، شعاع انحنا و عدد رينولدز بر جريان متوسط و لحظهاي، كميتهاي كلي جريان و همچنين تعيين عدد رينولدز آستانه ريزش گردابه ميباشد. در اين تحقيق، عدد رينولدز بحراني شروع ريزش گردابه كه در آن جريان از حالت پايا به ناپاياي دوبعدي پريوديك تبديل ميشود، در نسبتهاي منظري و شعاع انحناهاي مختلف بدست آمد. نتايج نشان داد كه با افزايش نسبت منظري عدد رينولدز بحراني افزايش مييابد. همچنين در سيلندرهاي مربعي با افزايش شعاع انحنا بدون بعد از 0 تا 0.125 عدد رينولدز بحراني افزايش، از 0.125 تا 0.375 ثابت و از 0.375 تا 0.5 كاهش مييابد. در سيلندرهاي مستطيلي(نسبت منظري 2 تا 5) در تمامي نسبتهاي منظري با افزايش شعاع انحنا بدون بعد از 0 تا 0.25 عدد رينولدز بحراني افزايش يافته كه اين افزايش در محدوده شعاع هاي انحنا از 0 تا 0.25 تاثير بيشتري بر روي عدد رينولدز بحراني نسبت به محدوده 0.25 تا 0.5 دارد. نتايج همچنين نشان داد كه دو الگوي جريان متوسط در محدوده اعداد رينولدز، نسبتهاي منظري و شعاع انحناهاي مختلف شكل ميگيرد. در الگوي اول، جريان سيال چسبيده به سطح سيلندر و جدايش از گوشههاي پشتي سيلندر رخ ميدهد و گردابهاي روي سطوح جانبي سيلندر تشكيل نميشود. در الگوي دوم، جدايش جريان از گوشههاي جلويي سيلندر رخ داده و گردابه روي سطوح جانبي سيلندر به همراه نقاط اتصال مجدد تشكيل ميشود. الگوي اول جريان در سيلندرهاي با گوشه گردشده در تمامي محدوده اعداد رينولدز شعاع انحناها تحت بررسي حاكم است درحالي كه الگوي دوم جريان تنها در سيلندرهاي با گوشه تيز در نسبتهاي منظري مختلف و در اعداد رينولدز بين 100 تا 150 رخ ميدهد. با بررسي الگوهاي لحظهاي جريان مشاهده شد كه در سيلندرهاي مربعي با افزايش شعاع انحنا قدرت گردابههاي ريزش شده در پشت سيلندر افزايش يافته ولي در سيلندرهاي مستطيلي در يك نسبت منظري مشخص با افزايش شعاع انحنا تفاوت محسوسي در قدرت گردابههاي ريزش شده در پشت سيلندر وجود ندارد. مشاهده شد كه با افزايش نسبت منظري در تمامي شعاع انحناها، قدرت گردابه پشت سيلندر كاهش مييابد. در اين پژوهش تغييرات كميتهاي آيروديناميكي مانند ضرايب ليفت و درگ نوساني، ضريب درگ متوسط(فشاري و اصطكاكي)، عدد استروهال و همچنين تنشهاي نوساني عمودي و برشي بررسي گرديد. مشاهده شد كه به طور كلي نحوه تغييرات اين كميتها به تغييرات رژيم جريان و عدد رينولدز و همچنين نسبت منظري وابسته است. نتايج نشان داد كه ضرايب ليفت و درگ نوساني و همچنين تنشهاي نوساني با قدرت گردابههاي ريزش شده در پشت سيلندر رابطه مستقيم دارند و اين كميتها با افزايش نسبت منظري، كاهش مييايند. به عنوان نمونه در عدد رينولدز 150 در سيلندر مستطيلي با گوشه تيز با افزايش نسبت منظري از 1 تا 5، ضريب ليفت نوساني ، ضريب درگ متوسط و عدد استروهال به ترتيب به ميزان 68، 21 و 16 درصد كاهش مييابند. در سيلندر مستطيلي با گوشه گرد در شعاع انحنا 0.25 با افزايش نسبت منظري از 1 تا 5 به ترتيب به ميزان 73، 17 و 21درصد كاهش در اين كميتها مشاهده شد. در عدد رينولدز 150 در سيلندر مربعي با افزايش شعاع انحنا از 0 تا 0.25 ضريب درگ متوسط به ميزان 10درصد كاهش يافته و با افزايش شعاع انحنا از 0.25 تا 0.5 به ميزان 4درصد افزايش مييابد درحالي كه در سيلندرهاي مستطيلي در تمامي نسبتهاي منظري، با افزايش شعاع انحنا، ضريب درگ متوسط به طور پيوسته كاهش ميابد. در اين پژوهش انتقال حرارت اطراف سيلندرهاي مربعي و مستطيلي در شعاع انحناهاي مختلف بررسي شد. در تمامي شعاع انحناها و نسبتهاي منظري با افزايش عدد رينولدز عدد ناسلت افزايش مييابد. همچنين در تمامي محدوده اعداد رينولدز پايا و ناپايا با افزايش نسبت منظري عدد ناسلت كاهش و با افزايش شعاع انحنا عدد ناسلت افزايش مييابد. به عنوان نمونه در عدد رينولدز 150 در سيلندرهاي مستطيلي با افزايش نسبت منظري از 1 تا 5 در شعاع انحناهاي 0، 0.25 و 0.5 به ترتيب به ميزان 43، 48 و 51 درصد كاهش در عدد ناسلت مشاهده ميشود.
چكيده انگليسي
The flow and heat transfer around two-dimensional rectangular cylinders with aspect ratios (Ar) of 1 to 5 and dimensionless corner radius (r/D) from 0 to 0.5 were numerically investigated at Reynolds numbers (Re) of 30 to 150 using ANSYS Fluent. Additionally, aerodynamic and flow quantities around the cylinder across various Ar and corner radius were predicted using different machine learning models trained on data from these numerical simulations. Results revealed that the critical Reynolds number increases with rising Ar. For square cylinders, the critical Re increases from r/D = 0 to 0.125, remains constant from 0.125 to 0.375, and decreases from 0.375 to 0.5. For rectangular cylinders (Ar = 2 to 5), the critical Re increases across all Ar as the corner radius rises from 0 to 0.25, with a stronger effect in the 0–0.25 range compared to 0.25–0.5. Two distinct mean flow patterns identified across the Re, Ar, and r/D ranges. In the first flow pattern, the flow remains attached to the cylinder surface and separates from the rear corners, with no vortices forming on the lateral surfaces. In the second pattern, separation occurs from the front corners, generating vortices on the lateral surfaces accompanied by reattachment points. The first pattern dominates rounded-corner cylinders across all examined Re and corner radius, while the second flow pattern appears only in sharp-cornered cylinders at various Ar and Re = 100–150. Instantaneous flow analysis showed that vortex shedding strength behind square cylinders increases with corner radius. However, for rectangular cylinders at fixed Ar, increasing the corner radius yields no significant change in rear vortex strength. Across all corner radius, rear vortex strength decreases with increasing Ar. This study examined variations in aerodynamic coefficients such as fluctuating lift and drag, mean drag (pressure and friction), Strouhal number (St), and fluctuating normal/shear stresses which depend on flow regime, Re, and Ar. Fluctuating lift/drag coefficients and stresses correlate directly with rear vortex shedding strength and decrease with rising Ar. For example, at Re = 150 for sharp-cornered rectangular cylinders, increasing Ar from 1 to 5 reduces fluctuating lift coefficient by 68%, mean drag coefficient by 21%, and St by 16%. For rounded corners (r/D = 0.25), the reductions are 73%, 17%, and 21%, respectively. At Re = 150, square cylinder mean drag decreases by 10% as r/D rises from 0 to 0.25 but increases by 4% from 0.25 to 0.5. In rectangular cylinders across all Ar, mean drag decreases continuously with increasing corner radius. Nusselt number (Nu) increases with Re across all corner radius and Ar. In both steady and unsteady Re regimes, Nu decreases with Ar but increases with corner radius. For instance, at Re = 150, rectangular cylinders show Nu reductions of 43%, 48%, and 51% as Ar rises from 1 to 5 for r/D = 0, 0.25, and 0.5, respectively. The results of nineteen machine learning models showed that Kernel based models like GPR, SVR-RBF, TPS and MLP model had the best performance in predicting all quantities.
استاد راهنما
احمد سوهان كار اصفهاني
استاد داور
مهدي نيلي احمدآبادي , محسن ثقفيان