عنوان
طراحي معكوس ايرفويل در رژيم‌هاي جريان رينولدز بسيار كم از طريق روش پوسته الاستيك مبتني بر تنش برشي در زواياي حمله بهينه و استال و تركيب آن با مدل‌هاي يادگيري عميق براي بهينه‌سازي آيروديناميكي
نويسنده اصلي
درفش، زكريا
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
در طراحي معكوس، هدف، محاسبه هندسه متناظر با يك توزيع فشار يا سرعت روي مرز است. در طراحي آيروديناميكي ايرفويل‌ها توسط طراحي معكوس، توزيع فشار يا سرعت روي ايرفويل به‌گونه‌اي اصلاح مي‌شود كه بار آيروديناميكي افزايش يابد، نيروي درگ كاهش يابد يا از افت‌هاي جريان كاسته شود. يكي از روش‌هاي طراحي معكوس ايرفويل‌ها، الگوريتم پوسته الاستيك مي‌باشد كه در آن، ديواره‌هاي ايرفويل به‌عنوان يك تير خميده الاستيك در نظر گرفته شده و اختلاف توزيع فشارهاي هدف و موجود باعث تغيير شكل آن مي‌شود تا در نهايت با صفر شدن اختلاف توزيع فشارها، تير الاستيك به شكل نهايي متناسب با توزيع فشار هدف برسد. در اين پژوهش، ابتدا قابليت تغيير زاويه حمله ايرفويل در حين اصلاح هندسه با تغيير شرط مرزي ابتداي تير از لولا به شيار عمودي به الگوريتم پوسته الاستيك اضافه شد تا مشكل عدم همگرايي يا توليد هندسه‌هاي غيرواقعي با تداخل سطح مكشي و فشاري برطرف شود. چندين مثال اعتبارسنجي و طراحي، استحكام و انعطاف‌پذيري روش ارتقا يافته را اثبات كرد.
در بخش دوم پژوهش، به محدوديت‌هاي طراحي معكوس در رژيم فوق رينولدز پايين با استفاده از پارامتر فشار پرداخته شد. نشان داده شد با توجه به لايه مرزي ضخيم و حباب جدايش آرام در اين رژيم، حساسيت پارامتر فشار به تغييرات هندسه ايرفويل بسيار كم بوده و امكان طراحي معكوس با پارامتر توزيع فشار به دليل ناپايداري، همگرايي به هندسه‌هاي غيرواقعي و حتي واگرايي مقدور نمي‌باشد. لذا، الگوريتم پوسته الاستيك بر مبناي توزيع تنش برشي براي طراحي معكوس در رژيم جريان با عدد رينولدز فوق پايين مورد بهره‌برداري و اعتبارسنجي قرار گرفت. سپس، توزيع تنش برشي ايرفويل NACA 4404 با چند رويكرد مختلف اصلاح شد و هندسه متناظر با آنها توسط روش طراحي معكوس ارتقا يافته بدست آمد. رويكردهاي اصلاح تنش برشي شامل كاهش ضريب درگ، افزايش ضريب ليفت، كنترل حباب جدايش آرام در زاويه حمله بهينه و كنترل ناحيه كاملا جدا شده جريان در شرايط استال آيروديناميكي بود. نتايج حاكي از دقت، همگرايي سريع و استحكام روش طراحي معكوس مبتني بر تنش برشي براي اهداف مختلف طراحي در اين رژيم جريان بود. منحني عملكردي هندسه‌هاي طراحي شده با رويكردهاي مختلف در اين بخش توسط حلگر آرام فلوئنت مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت. طراحي‌هاي صورت‌گرفته در زاويه حمله بهينه و زاويه استال به ترتيب باعث افزايش 13/72 و 16/09 درصدي نسبت ليفت به درگ شدند. همچنين، طراحي مبتني بر كنترل جريان كاملاً جدا شده در زاويه استال باعث تأخير 4 درجه‌اي زاويه استال شد.
در بخش پاياني پژوهش، دو مدل يادگيري عميق براي پيش‌بيني ضرايب آيروديناميكي با استفاده از داده‌هاي توزيع تنش برشي توليد شده در طراحي معكوس‌هاي مختلف در زاويه حمله بهينه، آموزش داده شد. براي دستيابي به توزيع تنش برشي بهينه در زاويه حمله بهينه، با كوپل بين الگوريتم ژنتيك، مدل‌هاي آموزش‌داده‌شده يادگيري عميق و طراحي معكوس در چند سيكل بهينه‌سازي توزيع تنش برشي براي دستيابي به ماكزيمم نسبت ليفت به درگ بدست آمد و هندسه‌هاي متناظر آنها با استفاده از طراحي معكوس محاسبه گرديدند. در نهايت، منحني عملكردي سيكل‌هاي مختلف بهينه‌سازي توسط حلگر آرام فلوئنت مورد ارزيابي و مقايسه قرار گرفت. نتايج بيانگر افزايش 22/42 درصدي نسبت ليفت به درگ در زاويه حمله بهينه بود.
كلمه‌هاي كليدي: 1- طراحي معكوس 2- ايرفويل 3- الگوريتم پوسته الاستيك 4- زاويه حمله 5- جريان با عدد رينولدز فوق پايين 6- توزيع فشار 7- توزيع تنش برشي 8- حباب جدايش آرام
شماره ركورد
228179
گرايش رشته تحصيلي
تبديل انرژي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان