بهينه‌سازي روش طراحي معكوس پوسته الاستيك به همراه توسعه آن بر مبناي تنش برشي براي جريان‌هاي داراي جدايش

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

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.

211384

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان

علي اشرفي زاده

محسن ثقفيان، ابراهيم شيراني، فرهاد قدك، علي مددي

مهدي نيلي احمدآبادي