Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Nili ahmadabadi Mehdi,Abbas Ghaei
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد راهنما) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) عباس قائی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Maryam Safari
مریم صفری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
The purpose of inverse design is to achieve a particular shape so that the resultant shape satisfies the target pressure distribution on its boundaries. In this thesis, a novel inverse design algorithm called Elastic Surface Algorithm (ESA) is presented for airfoil shape design in subsonic and transonic flow regimes. Also, flexible membrane method (MGM) is presented in this thesis and this method is compared to elastic surface algorithm. ESA is a physically based iterative inverse design method including two parts: an efficient inverse design algorithm, called elastic surface algorithm, and a 2D flow analysis code. In this thesis, two flow solvers are used: 1- an inviscid flow analysis code, in which the Euler equations are solved using the advection upstream splitting method (AUSM) for flow field analysis. 2- Fluent software. In the proposed method, the airfoil wall shape is changed under a physical algorithm based on the deformation of a flexible beam. The difference between the target and current pressure distributions causes to deform the flexible beam at each shape modification step. Having achieved to the target shape, the difference between the target and current pressure distribution vanishes and finally the beam deformation is stopped and then, the internal stresses are set to zero. This method is based on the finite element formulation and can be used to design and optimize the airfoils shape. In this investigation, various airfoils in subsonic and transonic flow regimes are validated by this method, which show the robustness of the method in flow regime with separation and normal shock. Also, some design examples in subsonic and transonic regimes are presented here, which show the flexibility of the proposed method. Moreover, the convergence rate of the method is compared to MGM and BSA methods, which shows ESA considerably increases the convergence rate in transonic flow regimes. Hence, ESA is a Powerful technique for airfoil design in transonic regime. One of the advantages of the presented method is a physical and quick converging approach and can efficiently utilize flow analysis codes as a black box. Despite mathematical based methods such as MGM that require arbitrary choice of parameters, the beam characteristics such as thickness, elastic modulus, shear modulus, etc. control the solution stability in ESA. Therefore, the proper choice of them increases the convergence rate of the design process. Keywords: Inverse Design, Airfoil, Elastic Surface Algorithm, Viscous and Invicid Flow Regime.
یکی از مهمترین اهداف در طراحی ایرفویل، تعیین هندسه ایرفویل براساس یک توزیع فشار مشخص در راستای دیواره‌ها می باشد، که طراحی معکوس شناخته می شود. هدف از این پژوهش، ارائه و توسعه یک روش نوین طراحی معکوس به نام پوسته الاستیک برای طراحی ایرفویل در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت می باشد. همچنین، در این پایان نامه روش طراحی معکوس غشای انعطاف پذیر نیز ارائه شده است. در واقع هدف مشخص نمودن تفاوت روش غشای انعطاف پذیر با روش الگوریتم پوسته الاستیک می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش تکراری با مبنای فیزیکی می باشد، که از ترکیب کد حلگر جریان و الگوریتم اصلاح هندسه بنام پوسته الاستیک تشکیل شده است. در این پایان نامه از دو حلگر جریان استفاده شده است که عبارتند از: 1- کد غیرلزج دوبعدی، که در آن برای تحلیل میدان جریان معادلات اویلری به روش AUSM [1] حل شده اند. 2- نرم افزار فلوئنت. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده است، که اختلاف توزیع فشار هدف و توزیع فشار موجود در هر مرحله از محاسبات، عامل تغییر شکل دیواره های ایرفویل می باشد که با نزدیک شدن به توزیع فشار هدف، این اختلاف فشار به صفر نزدیک شده و باعث توقف حرکت دیواره ها می شود. برای همگرائی به هندسه مورد نظر، در هر مرحله تغییر شکل دیواره لازم است تنش های داخلی تیر صفر شوند. الگویتم پوسته الاستیک مبتنی بر فرمولاسیون المان محدود می باشد، که دارای قابلیت طراحی و بهینه سازی ایرفویل می باشد. در این پژوهش، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک با بررسی ایرفویل های مختلف در رژیم های جریان مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد، که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. سپس مثال های طراحی متنوعی در رژیم جریان لزج و غیرلزج ارائه شده است که انعطاف پذیری وکارایی روش را نشان می دهد. همچنین، روش ارائه شده باید قابل رقابت یا ارزانتر از روش های موجود تکراری از دیدگاه هزینه محاسباتی و هزینه پیاده سازی باشد، بدین منظور نرخ همگرایی روش ارائه شده با نرخ همگرایی روش های غشای انعطاف پذیر و گلوله-اسپاین مقایسه شده است. نتایج نشان داد که روش ارائه شده نرخ همگرایی بالایی در رژیم جریان گذرصوت دارد. بنابراین، الگوریتم پوسته الاستیک ابزاری کارآمد در رژیم جریان گذر صوت می باشد. از دیگر مزایای روش توسعه یافته ابداعی در این پژوهش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد. همچنین برخلاف روش های ریاضی تصحیح باقیمانده که از ضرایب دلخواه برای همگرائی استفاده می کنند، در روش پوسته الاستیک، انتخاب مناسب مشخصات تیر، از قبیل: مدول الاستیسیته و برشی، ضخامت، و عرض تیر و... بعنوان کنترل کننده های پایداری و نرخ همگرائی می تواند بطور مؤثری همگرائی را بهبود بخشد. کلمات کلیدی: 1- طراحی معکوس 2-ایرفویل 3-الگوریتم پوسته الاستیک 4-رژیم جریان لزج و غیرلزج [1] . Advection Upstream Splitting Method

ارتقاء امنیت وب با وف بومی