كنترل تلاطم سيال در مخازن با اجزاي انعطاف‌پذير هوشمند

دكتري تخصصي

در اين رساله، ابتدا بر مبناي نظريه‌ي پتانسيل خطي، مدل‌هايي دو بعدي ارائه شده‌اند كه براي بررسي نوسان اجباري سطح آزاد سيال در مخازن استوانه‌اي پر شده از سيال تا عمق دلخواه و داراي بافل‌هاي افقي يا عمودي، از آن‌ها استفاده شده است. در ادامه، تحليل هيدرو-الاستيك سه بعدي دقيق جهت بررسي تلاطم سيال در يك مخزن استوانه‌اي انعطاف پذير ايستاده، مخزن استوانه‌اي مستقر بر بستر الاستيك و يك مخزن مستطيلي كه در آن‌ها سطح آزاد سيال بوسيله يك ورق شناور سه لايه پيزوالكتريك پوشانده شده است، ارائه گرديده است. فرمولبندي مسائل بر اساس تئوري پتانسيل خطي، مدل كلاسيك پوسته و ورق نازك (كرشهف/ساندرز)، معادله الكتروديناميك ماكسول، تبديل استوكس و بسط توابع ويژه در مختصات استوانه‌اي (يا كارتزين) استوار مي‌باشد. عملكرد كنترلي با تركيب پسخورد حجم سرعت و حجم جابجايي با روش ميرايي فعال (يا روش تناسبي-مشتقي-انتگرالي) كه به كمك روش بهينه سازي به منظور نيل به پارامترهاي كنترلي بهينه و كاهش حداكثري اهداف كنترلي، بهينه سازي شده است، بدست آمده است. پاسخ گذراي كنترل شده و كنترل نشده سيستم هيدروالاستيك تحت تحريك خارجي مختلف ( تحريك پايه هارمونيك، تحريك زلزله (دوجهته)، داده هاي تله متري پروازي و پالس عرضي بر سطح ورق شناور)، به كمك روش معكوس تبديل لاپلاس دوربين بدست آمده است. بعلاوه نوسانات آزاد سيستم برهمكنش سازه/سيال به تفصيل مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج رساله حاضر نشان داده كه بكارگيري يك جفت بافل افقي جانبي با طول زياد كارايي بالايي در تمامي عمق‌ها جهت افزايش فركانس‌هاي طبيعي سيستم دارد. اما در تلاطم واداشته، عملكرد كنترل غير فعال به شدت به ماهيت تحريك خارجي وابسته بوده و مي‌تواند منجر به افزايش اثرات زيانبار تلاطم شود در حاليكه در كنترل فعال عملكرد كنترل كننده تحت تاثر تحريك خارجي قرار ندارد. به علاوه نتايج بدست آمده نشان مي‌دهند كه جابجايي‌ها و تنش سازه تحت اثر كنترل كننده ميرايي فعال بهينه شده به روش تجمع ذرات، %3 تا %5 بيشتر از حالت استفاده از روش الگوريتم ژنتيك كاهش مي‌يابد. بنابراين در مسائل كنترلي برهمكنش سازه/سيال مورد بررسي، روش بهينه سازي تجمع ذرات از لحاظ همگرايي و محاسبات عددي بر روش الگوريتم ژنتيك غير مغلوب برتري نسبي دارد. به عنوان مهمترين نتيجه مشخص گرديد كه استفاده از ورق شناور هوشمند، همراه با روش كنترل ميرايي فعال و با استفاده از بهينه‌سازي هدفمند پارامترهاي كنترلي، بدون توجه به هندسه مخزن و نوع بارگذاري، مي‌تواند اثرات قابل ملاحظه‌اي بر كاهش اثرات زيان‌بار تلاطم سيال در مخازن داشته باشد و به عنوان يك روش موثر در كاربردهاي عملي مورد استفاده قرار گيرد. همچنين، مدل تحليلي كوپل كامل پيشنهادي مي‌تواند به شكل مناسب خصوصيات برهم‌كنش ميان نوسانات سازه و سيال داخل مخزن را توصيف كند. به علاوه مدل ارائه شده از نظر آكادميك و صنعتي داراي اهميت بوده و به عنوان يك مسئله پايه در حل مسائل هيدروالاستيك تلقي مي‌شود. در پايان، روش كنترل فعال پيشنهادي، قابليت كاربرد جهت كاهش موثر اثرات تلاطم سيال خصوصا در وسايل حمل‌ونقل فضايي، موشك‌هاي حامل و همچنين مخازن نگه‌داري سوخت را دارا مي‌باشد. در تمام مراحل اين پژوهش، اعتبار مدل‌ها و نتايج ارائه شده با نرم افزارهاي تجاري و نتايج عددي/تجربي موجود، در حالت كلي و حالت‌هاي حدي مورد توجه قرار گرفته و تطابق مناسبي با نتايج حاضر به دست آمده است.

191080

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر سيدمحمد هاشمي نژاد