مهمترین مسئله در مورد تجهیزات صنعتی بررسی بازده و کارایی آنها می باشد که عامل اصلی انتخاب آنها برای تولیدات صنعتی و مهندسی می باشد. در دنیای امروز بهینه سازی مصرف انرژی دغدغه اصلی متولیان صنعت و جامعه است. در این پروژه قصد داریم معیارهای فوق الذکر را در مورد فن ها بررسی نماییم و با استفاده از سیستم های داده برداری مطالعه دقیق و علمی از پارامترهای عملکردی آن ها داشته باشیم. یکی از مهمترین عوامل در عملکرد مطلوب مشعل های صنعتی تغذیه مناسب هوا و ترکیب مناسب هوا و سوخت است، در این میان یکنواختی جریان هوا که می تواند به روش های مختلف تامین گردد از عوامل تعیین کننده میباشد. در رساله ارائه شده بر مبنای استاندارد فن ها ابتدا سیستمی طراحی کرده ایم تا بتوانیم فشار خروجی جریان هوا را اندازه گیری کنیم. در ابتدا در مقدمه ای از کارهای انجام شده و نیز انواع فن ها مطالبی ارائه می گردد که شامل تجهیزات مورد استفاده نیز می باشد. در گام بعدی راجع به انواع روش تست فن و همچنین تجهیزات تست فن مطالبی ارائه می گردد و درباره جزئیات تجهیزات مورد استفاده بحث و بررسی انجام می شود، در این بین به روابط محاسباتی و میزان خطای آنها نیز اشاره می شود. بر اساس استاندارد تست فن دستگاه آزمایش فن طراحی و ساخته شده است که یکی از اجزای اصلی آن سیستم ثبت و ضبط فشار حاصل از جریان است که توسط پیتوت اندازه گیری می شود. با استناد به مدارک سنسورهای استفاده شده و نیز نوع کاربری آنها سیستم یکپارچه دیتا بردای را طراحی و ساخته ایم. با بکارگیری این تجهیزات به بررسی نوسانات فشار جریان خروجی فن می پردازیم. هدف از انجام این پروژه علاوه بر شناخت پروفیل فشار جریان خروجی فن و بدست آوردن دبی حجمی فن، حذف نوسانات فشار می باشد. در مجموع آزمایش های انجام شده از سنسورهای دیجیتال با خروجی ma 20-4 و محدوده اندازه گیری mbar 50-0 برای اندازه گیری فشار استفاده کرده ایم. برای حذف نوسانات لازم است از مستقیم کننده جریان(فیلتر) بهره ببریم، یکی از گزینه های مناسب برای فیلترها لانه زنبوری ها هستند که صنایع دیگر و تونل باد کاربرد وسیعی دارند. برای بررسی قابل قبول از لانه زنبوری با دو ابعاد سوراخ mm 3, mm 5 استفاده می شود که نحوه نصب و مکان آن طبق استاندارد amca می باشد. خروجی سیستم داده برداری بصورت فایل excel است که زمان آزمایش در یک ستون و در ستون های موازی مقادیر فشار استاتیک و فشار کل اندازه گیری شده ثبت می شود. بدلیل حجم بالای داده ها یک نوع کدگذاری روی نتایج صورت پذیرفت که معرف تمام پارامترهای آزمایش باشد. در این پروژه با استفاده از روش داده برداری بر حسب زمان سعی شده است با بهره گیری از مستقیم کننده جریان هوا این نوسانات را کاهش داد و نتایج را برای حالت بدون فیلتر و در موقعیت های نصب مختلف و همچنین با حضور فیلتر دسته بندی و ارائه کرده ایم. در پایان نمودار عملکرد دبی- هد فن استخراج شده است و نشان داده ایم که با استفاده از سیستم دینابرداری و لانه زنبوری ها می توان جریان یکنواخت در خروجی فن داشت. شایان ذکر است نتایج برای حالت حضور لانه زنبوری با سوراخ های mm 3 دارای مقبولیت بیشتری می باشد.

مبدل های حرارتی از وسایلی هستند که کاربرد بسیار وسیعی در صنعت دارند و به همین دلیل اصلاح عملکرد آنها طی قرن گذشته همواره مورد توجه محققان بوده است. اصلاح ضریب عملکرد مبدل های حرارتی می تواند به کوچکتر شدن آنها منجر شود. از طرفی یک مبدل حرارتی با عملکرد خوب می تواند انرژی را با راندمان بیشتری انتقال دهد. در این پژوهش اثر قرار گیری الیاف رشته ای انعطاف پذیر بر روی جریان داخلی در یک لوله با دمای ثابت پرداخته شده است. الیاف استفاده شده در سه جنس پلی پروپیلن، پلی-استر و پنبه می باشند. همچنین سه طول و چهار آرایش از الیاف مذکور بررسی شده است. آزمایش ها در دو رژیم جریان آرام و آشفته انجام شده است. محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی از 600 تا 2300 و از 3000 تا 10000 می باشد. نتایج حاکی از آن بود که، هر چه چگالی الیاف بیشتر باشد، الیاف اثر بیشتری بر جریان دارند. همچنین در صورتی که طول الیاف کوتاهتر و تعداد الیاف افزایش یابد، انتقال حرارت افزایش خواهد یافت. همچنین در صورتی که قطر الیاف افزایش یابد، اثر بیشتری بر افزایش انتقال حرارت خواهد داشت. بیشینه افزایش انتقال حرارت در جریان آرام 51 درصد به دست آمد. در پایان بهترین معیار ارزیابی عملکرد در جریان آشفته، 61/0 و برای الیاف پنبه در حالی که طول الیاف 30 سانتیمتر و در آرایش با زاویه 120 درجه درون لوله قرار گرفته اند، به دست آمد.

هدف از این پایان نامه، طراحی و ساخت توربین های بادی مگنوس با (بدون) صفحه هدایت کننده جریان و نهایتا ترسیم نمودار c_p بر حسب ? و توان برحسب سرعت باد برای آنها می باشد، تا بتوان بازده این دو نوع توربین با هم مقایسه نمود. بر این اساس ابتدا یک استوانه ساکن و دوار در جریان هوای عمود، برآن قرار گرفته و ضرایب لیفت و درگ بر روی آن محاسبه گردیده است. در این مرحله از پروژه ابتدا یک حل پایدار انجام گرفته و تقریبا از تمامی مدل های توربولانسی جهت حل مساله استفاده گردیده است. اما به علت جریان غیر دائم که موجب خطای بیش از حد می شد، مجددا از یک حل گذرا برای تحلیل این مساله استفاده گردید و مشاهده شد که می توان با استفاده از یک حل گذرا و مدل توربولانسی خاص جواب های نسبتا مناسبی را بدست آورد. حال با تعیین بهترین مدل برای تحلیل جریان بر روی استوانه،آن را به عنوان مبنای محاسبات قرار داد. در ادامه پروژه شبیه سازی برای استوانه دوار با صفحه هدایت کننده جریان با زاویه 90 درجه و 135درجه انجام گرفت و نتایج این شبیه سازی با نتایج استوانه دوار مقایسه شد. با به دست آوردن زوایه مناسب برای صفحه هدایت کننده جریان این توربین طراحی و ساخته شد. در نهایت نمودار های توان و گشتاور بر حسب سرعت باد برای توربین ساخته شده به دست آورده شد. در واقع می توان با استفاده از این نمودار و در نظر گرفتن هزینه های ساخت نسبتا کمتر این توربین ها در قیاس با سایر توربین های بادی با پره های ایرفویلی، اقتصادی بودن یا نبودن این توربین ها را نتیجه گرفت.

در این پژوهش، ابتدا طراحی پره توربین باد محور افقی با روش مومنتوم المان پره، که رایج ترین روش طراحی پره توربین باد می باشد، انجام می شود.در این روش، ابتدا، منحنی های ضرایب آیرودینامیکییک ایرفویل مشخص به عنوان ورودی در نظر گرفته می شود. سپس، مشخصات هندسی مقاطع مختلف پره شامل: طول کورد، زاویه پیچش و زاویه نسبی جریان و همچنین، قطر پره با استفاده از این روش محاسبه می گردد. ایرفویلهای متفاوت توربین باد با روش مومنتوم المان پره، از نظر آیرودینامیکی با هم مقایسه و از بهترین ایرفویل برای طراحی پره استفاده می شود. سپس تحلیل عددی سه بعدی جریان اطراف پره طراحی شده، در نرم افزار ansys cfx انجام می شود. در تحلیل سه بعدی از روش دستگاه مرجع متحرک برای ناحیه دوار استفاده می شود. همچنین، از مدل آشفتگی sst به همراه شبکه لایه مرزی روی سطح پره استفاده شده است. در ادامه، با استفاده از یک روش طراحی معکوس تکراری، عملکرد آیرودینامیکی ایرفویل استفاده شده برای طراحی پره، بهبود می یابد. در این روش، اختلاف بین توزیع فشار حاصل از حل عددی جریان حول هندسه موجود و توزیع فشار هدف در هر نقطه از سطح ایرفویل باعث تغییر شکل ایرفویل در هر مرحله می شود. تغییر شکل ایرفویل (مقطع پره)، تا رسیدن به توزیع فشار هدف روی سطح آن ادامه می یابد. الگوریتم اصلاح هندسه به صورت یک برنامه در نرم افزار cfx وارد شده و به همراه حل جریان در هر تغییر شکل در محیط نرم افزار صورت می گیرد. ضریب لیفت و نسبت لیفت به درگ ایرفویل جدید به ترتیب 4/5% و8/3% بیشتر از ایرفویل اولیه است. در نهایت، با استفاده از ایرفویل بهبود یافته، پره جدید طراحی و حل عددی سه بعدی آن صورت می پذیرد. نتایج حل عددی سه بعدی نشان می دهدضریب توان پره جدید 3/2% نسبت به پره اولیه بهبود می یابد.لازم به ذکر است که هدف، بهبود خواص آیرودینامیکی توربین بوده و مقاومت پره در مقابل شکسته شدن، در نظر گرفته نشده است.

هدف در این کار پژوهشی؛ طراحی و راه اندازی بستر آزمون گرم پرخوران ، بررسی تجربی عملکرد کمپرسور گریز از مرکز به کار رفته در پرخوران موتورهای احتراق داخلی و رسم منحنی های عملکردی کمپرسور و در نهایت شبیهه سازی یک بعدی عملکرد کمپرسور و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی می باشد. بستر آزمون مورد استفاده جهت این کار، دستگاه توربین گاز موجود در آزمایشگاه ترمودینامیک دانشکده مکانیک است که به یک پرخوران در خروجی آن مجهز شده است. برای ثبت دقیق تر و سریعتر داده ها، سیستم داده برداری از آنالوگ به دیجیتال ارتقاء یافته است. به همین منظور مجموعه حسگرهای موجود بر روی دستگاه ارتقاء یافته و یک داده بردار که قابلیت پشتیبانی همزمان حسگرهای دما، فشار و سرعت دورانی را دارد، ساخته شده تا داده های دریافتی را جهت نمایش و ذخیره-سازی، به رایانه انتقال دهد. با طراحی یک روند خاص جهت انجام آزمون، منحنی های عملکرد کمپرسور(نسبت فشار- -دبی و بازده-دبی) به دست می آید که با منحنی های موجود در مراجع، تطابق خوبی دارند. در ادامه، مدلسازی یک بعدی کمپرسور گریز از مرکز به منظور پیش بینی عملکرد آن صورت می پذیرد. در این مدلسازی با تخمین افت های مختلف موجود در کمپرسور بوسیله ی روابط تئوری- تجربی، نسبت فشار و بازده بر حسب پارامتر جرمی و دور به ازای نقاط طراحی و خارج طراحی محاسبه می گردد و نتایج مدلسازی یک بعدی با نتایج تجربی آزمایشگاه مقایسه گردیده که تطابق نسبتا خوبی با نتایج تجربی داشته است.

یکی از مهمترین اهداف در طراحی ایرفویل، تعیین هندسه ایرفویل براساس یک توزیع فشار مشخص در راستای دیواره ها می باشد، که طراحی معکوس شناخته می شود. در این روش، با توجه به توزیع سرعت یا توزیع فشار داده شده (هدف)، هندسه ایرفویلی مشخص می گردد که از لحاظ عملکرد آیرودینامیکی بهینه می باشد. 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 حلگر جریان و کد المان محدود تیر دوبعدی به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه 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 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. 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.

هدف از انجام این پژوهش، توسعه و ارتقای روش جدید طراحی معکوس پوسته الاستیک برای طراحی پره های کمپرسور محوری در رژیم های جریان لزج مادون صوت و گذر صوت همراه با جدایش جریان می باشد. الگوریتم پوسته الاستیک یک روش طراحی معکوس تکراری است که از ترکیب حلگر جریان (نرم افزار فلوئنت) و کد المان محدود غیرخطی تیر به عنوان الگوریتم اصلاح هندسه تشکیل شده است. در روش ارائه شده، دیواره ایرفویل به صورت یک تیر خمیده انعطاف پذیر مدل شده که تابع هدف توزیع فشار و یا توزیع تنش برشی اصلاح شده بر روی دیواره می باشد. در این پایان نامه، عملکرد روش طراحی معکوس پوسته الاستیک با بررسی پره های روتور و استاتور طبقه اول کمپرسور محوری در رژیم های مادون صوت و گذر صوت مورد ارزیابی قرار می گیرد که توانمندی روش در حضور جدایش جریان و شوک عمودی اثبات می شود. نتایج نشان می دهد که الگوریتم پوسته الاستیک ارتقاء یافته، ابزاری کارآمد در طراحی پره های کمپرسور محوری می باشد. از دیگر مزایای این روش، می توان به فیزیکی بودن الگوریتم، نرخ همگرایی بالا و ترکیب سریع و آسان آن با یک کد تحلیلی جامع و بهینه اشاره کرد.

هدف از این پژوهش، شبیه سازی عددی سه بعدی یک توربین بادی محور عمودی پره مارپیچ، با استفاده از معادلات ناویر استوکس متوسط گیری شده، به منظور دستیابی به منحنی های عملکرد و به دنبال آن بدست آوردن نسبت سرعت نوک بهینه توربین می باشد. بدین منظور ابتدا بررسی آماری انرژی باد و تخمین پتانسیل آن طی سال های 2005 تا 2010 دراصفهان انجام شد. سپس با مفروض بودن مشخصه های هندسی توربین نظیر ابعاد، تعداد تیغه ها و نوع ایرفویل، یک مدل سه بعدی ازتیغه های توربین در نرم افزار solid work تهیه وسپس جهت شبکه بندی و تعیین دامنه حل، به نرم افزار ansys meshing(icem)انتقال داده شد. سرانجام توربین مورد نظر به کمک نرم افزار ansys cfx و بامدل توربولانسی sst شبیه سازی عددی شد و مورد تحلیل قرار گرفت. منحنی های توان آیرودینامیکی بر حسب سرعت باد، گشتاور برحسب دور و ضریب توان برحسب نسبت سرعت نوک، از مهمترین منحنی های عملکرد یک توربین به شمار می آیند که از این حل عددی بدست آمد.

فرآیند طراحی معکوس به عنوان یک روش بهینه، از روش های مورد توجه طراحی شکل است. در این روش، توزیع یک کمیت جریان مانند سرعت یا فشار معلوم است و هدف تعیین هندسه ای است که این توزیع را ارضا نماید. در کار حاضر طراحی معکوس شبه سه بعدی دیفیوزر کمپرسور گریز از مرکز به روش گلوله-اسپاین، با هدف بهبود عملکرد آن انجام می شود. فرآیند طراحی معکوس با ترکیب الگوریتم اصلاح هندسه و نرم افزار انسیس سی اف ایکس به عنوان حلگر شبه سه بعدی جریان انجام می-شود.

در پژوهش حاضر، تحلیل عددی سه بعدی اجزاء دوار یک طبقه کمپرسور محوری از یک موتور توربو شفت انجام می پذیرد. تحلیل عددی جریان سه بعدی توسط نرم افزار cfx و حل معادلات rans انجام می شود. حل معادلات جریان تراکم پذیر از روش فشار مبنا و با دقت مرتبه دوم و براساس مدل آشفتگی sst صورت می گیرد. در این پژوهش تاثیر پارامتر زبری روی ناپایداری جریان و بازده سیستم در سرعت هاس دوارنی متفاوت و در مقادیر متفاوت زبری انجام می شود.نتایج حاصل نشان می دهند که با اعمال زبری روی پره های روتور واستاتور، نرخ دبی جرمی بحرانی که در آن پدیده ی استال رخ می دهد و جریان به مرز ناپایداری وارد می شود، کاهش قابل ملاحظه ای را می یابد و ناحیه سرج به تعویق می افتد. اما با اعمال زبری بازده سیستم نسبت به حالت صاف دچار تغییر می شود؛ بدین گونه که در سرعت های دوارنی بالاتری نظیر 38300rpm و 25000rpm ، بازده سیستم کاهش می یابد اما در دورهای پایین تر مانند 15000rpm با اعمال زبری بازده افزایش می یابد که این پدیده به همراه تعویق انداختن ناحیه سرج یک نتیجه بسیار مطلوب برای سیستم مخصوصا سیستم های پروازی تلقی می گردد. این نتایج نشان دادند که یکی از اصلی ترین عوامل ناپایداری کم کردن دبی می باشد. در نتیجه مقادیر متفاوتی از زبری یکنواخت و غیر یکنواخت روی پره های روتور واستاتور بررسی شد. نتایج عددی آشکار کردند که اعمال زبری روی روتور نسبت به استاتور تاثیرات بیشتری روی عملکرد کمپرسور دارد. به ویژه تاثیرات اعمال زبری روی سطح مکش روتور در مقایسه با سطح فشار روتور بالاتر است. علاوه بر آن، تاثیرات دو تابع خطی از زبری خاص در مقایسه با زبری یکنواخت بررسی شد و نتایج مورد بحث قرار گرفتند تا حالت بهینه از لحاض نسبت فشار و بازده به دست آید.

نسبت ضریب برآ به ضریب پسا برای ایرفویل، از پارامترهای تأثیر گذار درعملکرد آیرودینامیکی ایرفویل و ماشین های ساخته شده بر مبنای ایرفویل از جمله توربین باد می باشد. در کار حاضر، هندسه آیرودینامیکی جدیدی بر مبنای تئوری اجسام با سطح متحرک معرفی شده است که برای مقطع پره توربین های بادی مگنوس نیز قابل استفاده می باشد. هندسه معرفی شده، برپایه هندسه تردمیل می باشد با این تفاوت که قطر دایره ابتدای آن از قطر دایره انتهای آن بیشتر است و ایرفویل تردمیلی نامیده می شود. در این کار با قرار دادن دو هندسه مشابه تردمیلی،با فاصله مراکز دایره های جلو و عقب یکسان ولی با ابعاد متفاوت در قطر دایره ها ، در معرض جریان هوا با سرعت کم و ایجاد سرعت مماسی روی سطح، تأثیر آن بر ضرایب برآ و پسا به روش عددی و با نرم افزار انسیس سی اف ایکس بررسی شد. اثر ایجاد سرعت مماسی روی سطح در سرعت ها و زوایای حمله مختلف بررسی شد و با وضعیت سطح بدون سرعت مقایسه گردید. نتایج نشان می دهد به واسطه سرعت مماسی سطح ، ضرایب برآ و پسا و نسبت این دو ضریب تغییر چشمگیری یافته است. در بخش دیگر کار، مدل آزمایشگاهی هندسه ایرفویل تردمیلی شماره (2) به همراه بستر آزمون طراحی و ساخته شد و پس از نصب مدل درون تونل باد، اثر سرعت مماسی سطح (چرخش سطح) بر جریان حول آن به صورت کیفی و کمی بررسی شد. در بخش آزمایش های کیفی، جریان حول ایرفویل تردمیلی با استفاده از خط دود آشکار گردید و موقعیت نقطه جدایش جریان و نقاط سکون مشخص شد که تطبیق قابل قبولی بین کار تجربی و حل عددی در این بخش مشاهده گردید.

بررسی جریان اطراف اجسام جریان بند با آرایش مختلف شامل آرایش پشت سر هم، کنار هم و اریب دارای کاربرد های صنعتی، مهندسی و علمی زیادی است. مطالعات تجربی و عددی جریان حول این گونه اجسام برای سیلندر های با مقطع دایره ای به دفعات انجام شده است و کمتر برای سایر مقاطع مانند مربع، مستطیل و ... صورت گرفته است. در این پژوهش جریان بر روی دو سازه مکعب مستطیل سه بعدی با طول محدود در آرایش پشت سر هم (شبیه دو ساختمان پشت سرهم) به صورت تجربی به وسیله تونل باد و تونل دود بررسی شده است. در فواصل بین سیلندری و زوایای حمله مختلف، به منظور آشنایی با فیزیک و الگوهای جریان در اطراف این سازه ها از آشکارسازی جریان به کمک تونل دود و برای بررسی تغییرات فشار روی سطوح سازه ها، با نصب حسگرهای فشار برروی وجوه مختلف آن ها ضرایب فشار میانگین تعیین شد. همچنین توزیع سرعت و اغتشاشات جریان در فاصله های مختلف و در زاویه حمله صفر به وسیله جریان سنج سیم داغ تعیین شده است.