كنترل فعال ارتعاشات ناشي از جريان اطراف استوانه الاستيك مستغرق در سيال غيرنيوتني مدل تواني

كارشناسي ارشد

هدف رساله حاضر شبيه سازي عددي كنترل فعال ارتعاشات ناشي از جريان دو بعدي رينولدز پائين سيال غيرنيوتني (مدل تواني) حول استوانه دايروي مستقر بر روي يك بستر الاستيك در حوزه زمان مي باشد. شبيه سازي مورد نظر در قالب يك يك چارچوب برخط مشترك مابين نرم افزارهاي متلب/سيمولينك (بخش كنترلي) و فلوئنت (بخش سيالاتي) اجرا مي شود. جريان اطراف استوانه از نوع جريان آرام، تراكم ناپذير و ناپاياي غيرنيوتني مدل تواني در نظر گرفته شده است و گسسته سازي معادلات جريان بر اساس روش حجم محدود در نرم افزار فلوئنت انجام مي گردد. همچنين، از روش مش متحرك (برمبناي يك كد به زبان C++ به عنوان تابع تعريف كاربر) براي كوپل حركت استوانه با ميدان جريان و محاسبه جابجايي هاي عرضي و طولي استوانه استفاده شده است. در اين شبيه سازي، جابجايي هاي عرضي و طولي بدست آمده در هر گام زماني بصورت برخط وارد نرم افزار متلب/سيمولينك شده و با اعمال سيستم كنترلي مورد نظر سبب كاهش ارتعاشات طولي و عرضي استوانه مي شود. جهت كنترل ارتعاشات استوانه، با توجه به عدم قطعيت در مدل سيستم، مي توان از روش هاي كنترلي مستقل از مدل (Model Free) مانند كنترلر PID و يا فازي-PID استفاده نمود. در بخش اول، با اعمال مستقيم نيروي كنترلي عرضي برمبناي استراتژي كنترلي هوشمند فازي-PID، ارتعاشات ناشي از جريان سيال غيرنيوتني بر روي استوانه الاستيك كه آزادانه در دو جهت طولي و عرضي نوسان مي كند، بصورت فعال كنترل مي گردد. در بخش دوم، پس از اعمال مستقيم نيروي كنترلي عرضي، از نوسانات چرخشي اجباري نيز به منظور كاهش ارتعاشات استوانه در قالب يك سيستم كنترل فعال VIV حلقه بسته استفاده شده است. در روش نوسانات چرخشي اجباري، يك كنترل كننده تناسبي ميزان نوسانات چرخشي موردنياز را صرفا براساس سيگنال بازخورد نيروي برآي استوانه محاسبه مي كند در حاليكه بر مبناي روش اعمال نيروي عرضي، ميزان نوسانات نيرويي اعمال شده بر اساس سيگنال بازخورد جابجايي عرضي استوانه تنظيم مي گردد. نهايتا، هدف اصلي تحقيقات، مقايسه عملكرد دو روش كنترلي فوق از نظر توان مصرفي عملگر مي باشد. نتايج نشان مي دهد كه سيستم كنترل فعال حلقه بسته بر مبناي نوسانات چرخشي اجباري، عملكرد بسيار بهتري در كاهش ارتعاشات استوانه در مقايسه با روش نيروي كنترلي عرضي ارائه مي كند. به عبارت ديگر، عملگر چرخشي با صرف توان (انرژي) به مراتب كمتري ارتعاشات استوانه را به مقدار قابل توجهي كاهش مي دهند.

195741

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

سيدمحمد هاشمي نژاد