دانلود پایان نامه ارشد:شبیه سازی سه بعدی جریان گذرنده از اجسام متقارن و بهینه سازی دماغه این اجسام برای رسیدن به کمترین درگ

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مکانیک

گرایش :انرژی

عنوان : شبیه سازی سه بعدی جریان گذرنده از اجسام متقارن و بهینه سازی دماغه این اجسام برای رسیدن به کمترین درگ

دانشگاه صنعت آب و برق

دانشگاه صنعت آب و برق(شهید عباسپور)

دانشکده مکانیک و انرژی

پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

شبیه سازی سه بعدی جریان گذرنده از اجسام متقارن و بهینه سازی دماغه این اجسام برای رسیدن به کمترین درگ

استاد راهنما:

دکتر احمد فصیح فر

شهریور 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست

فصل 1-  فصل اول 11

1-1-     مقدمه 12

1-2- کمیتهای مهم جریان سیال 13

1-3- عددرینولدزواساس دینامیک سیالات 15

1-3-1- مبانی اولیه…. 17

1-3-2- نیروی درگ وشبیه سازی دینامیکی 20

1-3-3- نیروی اصطکاکی 21

1-4- مدل کردن لایه مرزی درCFD 23

1-4-1- گرادیان فشاروجدایش جریان وفرم درگ 24

1-5- کاربردCFD درسیالات وتاریخچه 26

فصل 2-  فصل دوم 30

2-1-     مقدمه 31

2-2- تاریخچه …………………………………………………………………………32

2-2-1- جریان متلاطم 33

-حالت استانداردk- 36

2-3- انتخاب مدل توربولانسی 37

2-4-     تئوری مدلSpalart- Allmaras 37

2-5-    حالتهای مختلف مدل تلاطمk- 38

2-5-1- حالت استانداردk- 39

2-5-2- مدلRNG k- 40

2-5-3-     مدل تغییریافته یk- 41

2-6-     مدل متلاطمLES 43

2-7- تئوری مدلهای استانداردوSST، 44

2-7-1- مدل استاندارد 44

2-7-2- مدل انتقال تنش برشیSST 45

2-7-3- فرمولاسیون 48

2-7-4- نحوه اصلاح مدلSST 51

2-8- دلایل تمایل به شبیه سازی گردابهای بزرگ 52

فصل 3-  فصل سوم 53

3-1-     مقدمه 54

3-2- مراحل کارهای انجام شده دراین پایان نامه 54

3-2-1- مدلسازی زیردریایی درنرم افزارSolid Work 55

3-2-2-      مش زنی مدل درنرم افزارGambit 58

3-2-3-      شبیه سازی جریان درنرم افزارFluent 62

3-2-4-      تکرارمراحل فوق برای رسیدن به بهینه ترین دماغه ممکن 64

فصل 4-  فصل چهارم 66

4-1-     نتایج وبررسی 67

 

فهرست اشکال

شکل 1. مدلکردنرفتارجریاندررینولدزهایمتفاوتدرپشتیکسیلندر 19

شکل 2. ضخانتلایهمرزیدردوسمتیکصفحهمثلثی 22

شکل 3. افزایشضخامتلایهمرزیبرروییکصفحهیتخت 22

شکل 4. بدنهیمدلزیردریاییبهنامSTANDARD DREAR 29

شکل 5. تصویرسه بعدی ازمحیط مش خورده 60

شکل 6. تصویردوبعدی ازدماغه جسم 60

شکل 7.تصویردوبعدی ازانتهای جسم 61

شکل 8. شرایط مرزی 61

شکل 9. توزیع فشار 63

شکل 10. توزیع سرعت 63

شکل 11. ترسیمی ساده ازنحوه تغییرات n 64

شکل 12. تمامی دماغه های مختلف راکه دراین پایان نامه مدل شده است رانشان میدهد. 65

شکل 13. نقطه ای فرضی که نشان دهنده ی شروع شدن جریان توربولانسی است. 70

شکل 14. توزیع فشاربرروی سطح جسم درحالت پایه 71

شکل 15. توزیع سرعت برروی سطح جسم درحالت پایه 72

شکل 16. تغییرات تنش برشی برروی سطح جسم درحالت پایه 72

شکل 17. تغییرات ضریب درگ برروی سطح جسم درحالت پایه 73

شکل 18. توزیع سرعت برروی جسم درحالت بهینه ضریب درگ 73

شکل 19. توزیع فشاراستاتیکی برروی جسم درحالت بهینه ضریب درگ 74

شکل 20. تغییرات تنش برشی برروی بدنه درحالت بهینه 74

شکل 21. تغییرات ضریب فشاربرروی جسم درحالت بهینه 75

شکل 22. توزیع سرعت برای حالتn=1 75

شکل 23.توزیع ترم توربولانس جنبشی درجریانn=1/5 76

شکل 24. توزیع ترم توربولانس جنبشی درجریانn=3 76

شکل 25. توزیع ترم سینتیک توربولانس درجریانn=2/5 77

شکل 26. توزیع ترم سینتیک توربولانس درجریانn=1/75 77

شکل 27. توزیع ترم سینتیک توربولانس درجریانn=2/125 78

 

فهرست جداول

 

جدول 1. وابستگی جواب به تعداد مش 59

جدول 2. ضرایب درگ بدست آمده از روشهای متفاوت در و . ( ) 69

جدول 3. تغییرات ضریب درگ بر اساس مقادیر مختلف n که دماغه های مختلف را ایجاد میکند. 69

جدول 4. مقادیر مختلف درگ برای مقادیر متفاوت n 70

جدول 5. مقدار ضریب درگ محاسبه شده بر روی جسم مورد نظر با استفاده از مدلهای توربولانسی متفاوت در عدد رینولدز 71

 

نمادها

CDضریب درگ

Cp ضریب فشار

D قطر جسم

Df درگ اصطکاکی پوسته

Dpدرگ فشاری

ترم پخش

F نیروهایی که به بدنه وارد می­شوند

تولید انرژی سینتیک توربولانسی به سبب گرادیان سرعت متوسطه

ترم تولید

K انرژی جنبشی

L طول جسم

pفشار استاتیکی

p∞ فشار جریان آزاد

Re عدد رینولدز

فاصله از محور سطح جسم

ترم منبع

ترم منبع تعریف شده توسط کاربر

سرعت اصطکاکی

سرعت جریان آزاد

سرعت­های شعاعی و محوری

xمختصات محوری و شعاعی

پراکندگی ترم­های توربولانسیK و

ترم بی بعد شده برای فاصله از بده جسم

εترم اتلاف

ωترم پراکندگی ویژه

νویسکوزیته سینماتیکی

Гk ضریب پخش موثرK

Гω ضریب پخش موثر

ضخامت جا به جایی

سرعت بدون بعد

سرعت متوسطه

فرکانس ریزش گردابه

Qفشار دینامیکی

 

چکیده

 

یکی از راههای کاهش مصرف انرژی برای وسایل زیر آبی، کاهش درگ وارده بر این وسایل است. دماغه اجسام زیر آبی یکی از مهم­ترین قسمت­های این اجسام در برخورد با شاره­ها است. با بهینه سازی این قسمت می­توان درگ را از طریق کنترل بر لایه مرزی سیال، با کاهش آشفتگی جریان و حتی جلوگیری از تشکیل جریان توربولانسی در لایه مرزی، کاهش داد. در این پایان نامه برای رسیدن به بهترین دماغه ممکن سعی بر آن شده از فرمولی ریاضی استفاده شود، تا تمامی منحنی­های ممکن را پوشش دهد و از بین این منحنی­ها بهترین منحنی انتخاب شود که دارای کمترین درگ است. سپس درگ بدست آمده از حالت بهینه با مدلی که از آزمایشگاه در دست است، مقایسه کرده و به نتایج جالبی در این زمینه می­رسیم. در این بررسی شبیه سازی بر پایه­ی علم مکانیک سیالات محاسباتی برای مدلی با زاویه صفر درجه در که دارای سرعت است، انجام شده است. برای شبیه سازی جریان توربولانسی از مدل توربولانسی SST K-ω استفاده شده است. که در پایان مقایسه­ای نیز با مدل­های مختلف توربولانسی انجام گرفته و مقدار درگ بدست آمده با هم مقایسه شده است. لازم بذکر است که در این بهینه سازی تاثیرات پره­ها که در قسمت دم این وسایل وجود دارند و برای ایجاد نیروی رانش هستند، دیده نشده است.

 

کلمات کلیدی: اجسام متقارن، مدل توربولانس، ضریب درگ، دینامیک سیالات محاسباتی

 

فصل 1-            فصل اول

 

مقدمه

1-1-         مقدمه

جریان سیال نقش مهمی در صنایع پیرامون ما همچون توربوماشین­ها، سیستم­های هیدرودینامیکی ، صنایع هوا و فضا، صنایع نفت و گاز و بسیاری موارد دیگر ایفا می کند. از آن جا که در اکثر صنایع و سیستمها، رژیم جریان به صورت آشفته است، بنابراین این نوع جریان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشد. دلیل اهمیت آن این است که جریان آشفته نقش مهمی در انتقال اندازه حرکت ( ممنتوم)، انتقال حرارت و جرم، تلفات انرژی و اصطکاک در سیستمهای سیالات دارد. بنابراین به منظور طراحی بهینه و مطلوب سیستمهای سیالات در صنایع مختلف ، نیاز است تا جریان های آشفته را شناخته و کمیتهای آن را مشخص نمود. تعیین این کمیتها توسط روشهای عددی و تجربی انجام می پذیرد.

در روشهای عددی با استفاده از شبیه سازی و حل معادله های حاکم بر جریان سیال نظیر معادله های پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی ، کمیتهای جریان را در شرایط مختلف به دست آورده و با توجه به نتایج به دست آمده، سیستمهای مورد نظر طراحی ویا بهینه می شوند . در روشهای تجربی با استفاده از تجهیزاتی نظیر تونل باد، تونل آب و … مدل را در شرایط آزمایش قرار داده و با استفاده از دستگاه های اندازه گیری ، کمیتهای مختلف جریان سیال اندازه گیری شده در نتیجه می توان پدیده های فیزیکی را درک و سیستمهای سیالاتی را طراحی و بهینه نمود. دو روش فوق دارای مزایا و معایب مربوط به خود می باشند که پژوهشگران و طراحان باید از مزایای این دو روش به نحو مطلوبی استفاده  نمایند .

در روشهای تجربی نیاز به مدل، تجهیزات آزمایش و دستگاه های اندازه گیری است و معمولاً پرهزینه تر از روشهای عددی است. با توجه به مشکلات اندازه گیری برخی از کمیتهای جریان سیال و یا جریانهای ناپایا در زمانهای بسیار کوتاه، نظیر بررسی جریان اطراف یک جسم آیرودینامیکی از لحظه صفر تا زمان شکل گیری لایه مرزی، استفاده از روشهای تجربی بسیار پیچیده و مشکل است. در روشهای عددی، معادله های حاکم بر جریان سیال از روشهای مختلف حل می شوند. در این روشها با توجه به ساده سازی معادله­های حاکم بر جریان سیال، خطای ناشی از مدل آشفتگی و یا تأثیر شرایط مرزی، امکان خطا درنتایج به دست آمده وجود دارد، که بهتر است صحت نتایج حاصله با نتایج حاصل از روشهای تجربی مقایسه و کدهای نوشته شده را اصلاح نمود. در حال حاضر با توجه به هزینه های پژوهش بهتر است ازدو روش عددی و تجربی به طور مکمل، استفاده نمود[1].

1-2-        کمیتهای مهم جریان سیال

برای بررسی جریان سیال و نحوه تأثیر آن بر محیط و کنترل رفتار آن، نیاز به اندازه گیری کمیتهای جریان سیال است. برای مثال در مهندسی سازه برای تعیین نحوه بارگذاری حاصل از نیروی باد و یا شناخت جریان هوا در اطراف سازه هایی نظیر ساختمانها، پلها استادیومها و.. نیاز به مشخص نمودن توزیع فشار، توزیع سرعت، طیف اغتشاشهای جریان هوا و ضخامت لایه مرزی جریان هوا است. برای بررسی و اندازه گیری این کمیتها نیاز به انجام آزمایش است، بدین ترتیب که مدل کوچکی از سازه مورد نظر را ساخته و با استفاده از تونل باد، رفتار جریان هوا در اطراف مدل بررسی می شود. آنچه که در این روش حائز اهمیت است. قرار گرفتن مدل درداخل لایه مرزی و ایجاد تشابه هندسی و دینامیکی میان جریان هوای درون تونل باد و جریان اتمسفری می باشد. این امر توسط پارامترهایی نظیر عدد رینولدز، نحوه توزیع سرعت در اطراف مدل و اندازه گیری طیف اغتشاشهای جریان هوا انجام می شود. به منظور بررسی رفتار ارتعاشی سازه ها اندازه گیری نوع فرکانس اغتشاشهای جریان هوا بسیار حائز اهمیت است . بنابراین مشاهده می شود که اندازه گیری دقیق کمیتهای جریان هوا در اطراف مدل بسیار پر اهمیت بوده و هر گونه اشتباه و خطایی در مقادیر اندازه گیری شده می تواند باعث اشتباه در طراحی شود.

یکی از کمیت های مهم جریان سیال، سرعت لحظه ای جریان سیال است. سرعت لحظه ای جریان سیال را می توان به شکل برداری نشان داد که دارای مولفه های W(t),V(t),U(t) به ترتیب در راستای مختصات دکارتی است. سرعت لحظه ای دریک نقطه را می توان به صورت مجموع سرعت متوسط و اغتشاشهای سرعت نشان داد:

معادله 1. معادلات سرعت

اندازه گیری مؤلفه های اغتشاشی و تغییرات آنها در حوزه زمان و یا فرکانس، در شناخت جریان سیال و کنترل آن از اهمیت ویژه ای برخودار است. فرکانس اغتشاش­های سرعت جریان سیال، از چند هرتز در جریان آرام تا چندین کیلوهرتز در جریان آشفته تغییر کرده و به عدد رینولدز بستگی دارد. همچنین اثر متقابل u,v بر روی یکدیگر نیز بسیار حائز اهمیت است.

تعداد صفحه : 82

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید