Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad reza Zamani foroshani,Ahmad-Reza Azimian
احمدرضا زمانی فروشانی (استاد مشاور) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Jahanbakhsh
علیرضا جهان بخش

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Aerohydrodynamic Analysis of a Flapping Foil with Different Boundary Conditions by means of Boundary Integral Method and Artificial Neural Networks.
Regarding to the growth of the use of the amount of Hydrofoils and Airfoils in many industries, the necessity of developing most efficient types of these foils is becoming more obvious and thus many different methods related to this subject have been examined. Since their performance is straightly related to the lift force due to the flow over the hydrofoils, the biggest endeavor to increase the efficiency is concentrated on the increase of this force. One approach to achieve this goal is to prepare certain boundary conditions for the foil. One kind of these boundary conditions is the solid boundary condition in the proximity of the foil. This solid boundary can be considered as a wall, or as a flap or even as one or more foils in the vicinity of the main foil. Sometimes other boundary conditions such as free surface boundary condition can be considered too. In this project, first of all, we have assessed the potential flow without any boundaries over a simple, one part flapped and two part flapped airfoils by boundary element panel method and arrangement of some kinds of singular elements such as source, doublet and vortex singularities with constant and linear forms of distribution. Then, to consider the ground effect, one of the above boundary conditions, has been assessed for such foils and the results in the form of pressure coefficient and lift coefficient charts for certain foils is revealed. Consequently, the last mentioned boundary condition, i.e. the free surface boundary condition, was considered for certain hydrofoils, while the flow over a simple, one part flapped and two part flapped hydrofoil has been assessed. It is worth mentioning that one of the goals of this project was to use the Artificial Neural Networks in association with boundary integral panel method to save time and cost. Therefore, the ANN have been used with boundary integral panel method to abate time of the problem in the case of hydrofoil in the vicinity of free surface. As it is known, the Artificial Neural Network needs to be trained first. To train the ANN used in this thesis the Levenberg Marquardt algorithm is used. After that the ANN is validated by some part of data and then tested with the remaining data. The process of choosing and utilizing the neurons and other details of this part is expressed in related parts of the thesis. Then the results of panel method in combination with ANN for a simple and a two part flapped hydrofoil in the vicinity of the free surface are compared with the similar results of panel method without using the Artificial Neural Networks. Finally the use of Artificial Neural Networks in combination with other time consuming computational fluid dynamic methods, and the use of other forms of ANN is suggested for future work.Keywords: Hydrofoil, Boundary Integral Panel Method, Singular Element, Source, Doublet, Vortex, Ground Effect, Artificial Neural Network.
با افزایش استفاده از هیدروفویل ها و ایرفویل ها در گستره وسیعی از صنایع، نیاز به افزایش کارایی این قطعات، هر روزه بیشتر خودنمایی می‌کند، به گونه‌ای که تا امروز، روش‌های مختلفی برای افزایش این کارایی مورد استفاده قرار گرفته اند. از آن جایی که در عمل کارایی هیدروفویل ها و ایرفویل ها در تجهیزات و وسایل مختلف، به طور مستقیم با نیروی برا یا لیفت به وجود آمده ناشی از عبور جریان از روی این قطعات در ارتباط است، بدیهی است بیشترین تلاش در زمینه بهبود کارایی این فویل‌ها در راستای افزایش این نیرو باشد. یکی از راه‌های بالا بردن نیروی برا در فویل‌ها فراهم کردن شرایط مرزی خاص با استفاده از شرایط محیطی برای آن‌ها است. از انواع این شرایط محیطی می‌توان به استفاده از مرزهای جامد در نزدیکی فویل‌ها اشاره کرد. این مرز جامد ممکن است به عنوان یک دیوار و یا به عنوان یک بالچه و یا حتی به عنوان یک یا چند فویل مشابه در اطراف فویل مذکور در نظر گرفته شود، که هر کدام به نوبه خود تغییراتی را در کارایی آن ایجاد می‌کنند. در برخی شرایط نیز شرایط مرزی دیگری برای فویل‌ها به وجود می‌آید که از آن نمونه می‌توان به قرار گرفتن در نزدیکی سطح آزاد آب اشاره کرد. در پایان نامه حاضر، در ابتدا به بررسی عبور جریان از اطراف یک فویل ساده با استفاده از روش المان مرزی پنل و توزیع المان‌های منفرد چشمه، دابلت و ورتکس در حالت‌های مختلف ممکن پرداخته و سپس همین کار را برای یک فویل فلپ‌دار یک‌پارچه و نیز یک فویل فلپ‌دار دو‌پارچه انجام داده‌ایم. در ادامه یکی از شرایط مرزی اشاره شده در بالا یعنی مجاورت با زمین و یا سطح مشترک سیال با چگالی بسیار بالاتر را برای یک فویل ساده در نظر گرفته‌ایم و سپس ترکیب این حالت را با استفاده از فلپ در دو حالت فویل فلپ‌دار یک‌پارچه و دو‌پارچه در بررسی عبور جریان از روی فویل لحاظ کرده‌ایم که نتایج مربوطه در قالب نمودارهای تغییرات ضریب فشار و ضریب لیفت فویل‌های خاص ارائه شده است. سپس به بررسی عبور جریان از روی یک فویل ساده در نزدیکی سطح آزاد آب در اعداد فرود مختلف پرداخته و اثر عبور جریان از روی آن را در این حالت، در قالب نتایج گفته شده ارائه کردیم. در پایان بخش محاسبات هیدرودینامیکی هم نتایج مربوط به عبور جریان از روی یک هیدروفویل فلپ‌دار دو‌پارچه را در قالب نتایج قبل، ارائه کرده‌ایم. شایان ذکر است یکی از اهداف اولیه کار حاضر استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی در این بررسی هیدروآیرودینامیکی، به منظور افزایش سرعت محاسبات و کاهش زمان حل در حالت‌های مختلف بود. به همین دلیل در ادامه کار با آموزش شبکه‌های عصبی به منظور کمک گرفتن از آن‌ها در کاهش زمان حل مسأله در حالت نزدیک به سطح آزاد آب که در آن از انتگرال‌های ناسره به منظور به دست آوردن تابع گرین مسأله استفاده می‌شود، به حل مسأله پرداخته و نتایج استفاده از شبکه‌های عصبی را با نتایج به دست آمده منحصراً از روش پنل با یکدیگر مقایسه کردیم. پس از این مقایسه مشاهده کردیم که نتایج به دست آمده در صورت آموزش صحیح دارای دقت خوبی بوده و استفاده از شبکه‌های عصبی زمان حل مسأله را به شدت کاهش می‌دهد.کلمات کلیدی: هیدروفویل، روش المان مرزی پنل، المان منفرد، چشمه، دابلت، ورتکس، اثر زمین، سطح آزاد، شبکه‌های عصبی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی