شبيه‌سازي جريان و انتقال حرارت اطراف سيلندرهاي مستطيلي با گوشه گرد و پيش‌بيني با استفاده از روش‌هاي يادگيري ماشين

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

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.

236839

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان