مقطع دکتری

1. عنوان پایان نامه: 

مطالعه‌ی تجربی ـ عددی جهت انتخاب هندسه بهینه مبدل موج جاذب نقطه‌ای با سه درجه‌ی آزادی (هیو، سرج و پیچ) با تکیه بر مشخصات امواج دریای مازندران

 

نام دانشجو	رضوان عالمیان
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1396
استاد مشاور	دکتر موسی فرهادی

 

چکیده:

به‌کارگیری انرژی نهفته در امواج به عنوان گونه‌ای از انرژی‌های تجدیدپذیر که از اثرات باد بر روی سطح آب ناشی می‌شود، امکان تأمین انرژی مورد نیاز بخشی از جهان و کاهش میزان وابستگی به سوخت‌های فسیلی و سایر منابع تجدیدناپذیر را فراهم خواهد آورد. به منظور تبدیل انرژی امواج، از تجهیزاتی تحت عنوان مبدل‌های انرژی استفاده می‌شود که گزینش مبدل مناسب ارتباط تنگاتنگی با ویژگی‌های آب و هوایی منطقه و نیز شرایط بستر و ساحل دریا دارد. بر اساس بررسی‌های انجام شده، دریای مازندران با وسعتی بیش از مجموع دریای عمان و خلیج فارس و با برخورداری از جریان‌های شدید دریایی، پتانسیل مناسبی برای استحصال انرژی امواج دارد. مبدل‌های سازگار با ویژگی‌های امواج و بستر دریای مازندران، از نوع جاذب نقطه‌ای با حرکات غالب در راستای پیچ می‌باشند. شایان توجه است که در کنار تعیین نوع مبدل، شناخت ابعاد بهینه مبدل برای شرایط امواج در هر دریای مشخص، حائز اهمیت ویژه‌ای می‌باشد؛ لذا با توجه به خلأ موجود در این راستا، ایده‌ی محوری این رساله بر تعیین ابعاد هندسی بهینه برای یک مبدل امواج جاذب نقطه‌ای با سه درجه آزادی و مناسب برای دریای مازندران قرار گرفته است. برای نیل به این هدف محوری، مطالعات در دو قالب عددی و تجربی انجام شده است. برای اعمال شرایط دریای مورد نظر، امواج دریای مازندران مورد مطالعه قرار گرفته، نتایج حاصل از آن در فصل جداگانه‌ای در این رساله ارائه شده است. مطالعه‌ی عددی در این رساله شامل شبیه‌سازی عددی مبدل در محیط نرم‌افزار نمو با استفاده از روش المان مرزی در حوزه فرکانسی و همچنین اعمال الگوریتم ژنتیک جهت بهینه‌سازی عددی هندسه مبدل می‌باشد. به منظور برآوردن نیازهای مطالعه‌ی تجربی با توجه به نتایج به دست آمده از بخش تحلیل عددی، اقدام به طراحی و ساخت مدل‌های مورد نیاز جهت آزمون‌های تجربی در استخر موج شده و عملکرد هر یک از مدل‌ها در شرایط گوناگون امواج دریا مورد ارزیابی قرار گرفته است. یکی از نکات حائز اهمیت در این مطالعه آن است که برخلاف اغلب مطالعات گذشته که بیشتر بر هندسه‌ی ساده‌ی یک استوانه استوار بوده، هندسه‌های پیچیده‌ای مورد توجه قرار گرفته است که قابلیت جذب انرژی در حرکات سه درجه آزادی را دارند. در انتهای این مطالعه، با توجه به جمع‌بندی نتایج به‌دست آمده از بهینه‌سازی‌های عددی و تجربی، هندسه بهینه مبدل برای نصب در شرایط امواج دریای مازندران انتخاب شده است.

 

کلمات کلیدی:

انرژی امواج، مبدل انرژی جاذب نقطه‌ای، ۳ درجه آزادی هیو، سرج و پیچ، آزمون‌های تجربی، بهینه‌سازی هندسی

 

2. عنوان پایان نامه:

مطالعه تجربی یک ستون نوسانی آب با PTO غیرخطی به‌منظور بررسی اثرات هندسه‌ی ورودی بر کاهش وقوع پدیده اسلاشینگ

نام دانشجو	بهراد علی‌زاده خارکشی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر امید جهانیان
سال انتشار	1401
استاد مشاور	رضوان عالمیان، کوروش رضانژاد

چکیده:

مصرف سوخت‌های فسیلی مشکلات عدیده‌ای برای کره زمین ایجاد کرده است؛ مشکلاتی نظیر گرمایش زمین، آلودگی‌های زیست‌محیطی، تغییرات اقلیمی و باران‌های اسیدی همگی می‌توانند از عوارض مصرف سوخت‌های فسیلی باشند. در راستای حل این معضلات جهانی، محققین توجه خود را به سوی انرژی‌های تجدیدپذیر معطوف کرده‌اند؛ در میان انواع مبدل انرژی امواج آب، ستون نوسانی می‌تواند به عنوان یک انتخاب مناسب تلقی گردد؛ بررسی راه‌کارهایی که منجر به افزایش راندمان این سامانه می‌گردد، بسیار حائز اهمیت می‌باشد؛ یکی از مشکلاتی که در این میان باعث کاهش عملکرد ستون نوسانی می‌شود، پدیده اسلاشینگ در این مبدل‌ها است. در همین راستا در این رساله، اثرات هندسه‌ی ورودی بر کاهش وقوع پدیده‌ی اسلاشینگ در یک ستون نوسانی آب با PTO غیرخطی در شرایط امواج دریای مازندران مورد ارزیابی تجربی قرار گرفته است. مقیاس مدل آزمایشگاهی 1:10 بوده، پس از کالیبراسیون تجهیزات و آنالیز عدم قطعیت، آزمون‌های تجربی در استخر موج دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شده است. شایان ذکر است، برای ارزیابی بهتر نتایج، این پژوهش در پنج بخش انجام شده است؛ در بخش اول عملکرد هیدرودینامیکی مبدل بدون دهانه بررسی شد، در بخش دوم با توجه به عملکرد هیدرودینامیکی مبدل عمق آبخور و PTO مورد بهینه‌سازی قرار گرفت، در بخش سوم تاثیر عمق آبخور بی‌بعد بر پاسخ هیدرودینامیکی مبدل مورد مطالعه قرار گرفت، در بخش چهارم علت کاهش توان در فرکانس‌های بالا با بررسی وقوع پدیده‌ی اسلاشینگ مورد بررسی قرار گرفت و در بخش پنجم هندسه‌ی دهانه‌ی ‌ورودی ستون نوسانی تغییر و مورد بهینه‌سازی قرار گرفت و تاثیر این بهینه‌سازی بر عملکرد مبدل و کاهش وقوع پدیده‌ی اسلاشینگ مطالعه شد. نتایج در مرحله‌ی اول نشان داد که با درنظر گرفتن فرکانس ثابت 4/0 هرتز به‌عنوان شرایط قالب دریای مازندران و فرکانس تشدید مبدل (ناحیه‌ای که بیشترین توان مبدل در آن رخ می‌دهد)، راندمان خروجی مبدل به‌عنوان مهم‌ترین مشخصه‌ی عملکردی با روش الگوریتم ژنتیک بهینه‌سازی شد؛ برای این منظور، با درنظر گرفتن دو متغیر اصلی سطح نسبی اوریفیس و عمق نسبی آبخور، آزمایش‌ها برای سه سطح نسبی اوریفیس برابر با 5/0%، 75/0% و 2% و نیز سه عمق نسبی آبخور برابر با 05/0، 14/0 و 33/0 انجام شدند. با توجه به نتایج بهینه‌سازی، مقادیر بهینه‌ی سطح نسبی اوریفیس و عمق نسبی آبخور به‌ترتیب برابر با 1% و 24/0 به‌دست آمدند. در مرحله‌ی دوم، با توجه به مشخص شدن مقادیر بهینه‌ی سطح اوریفیس و عمق آبخور، آزمایش‌ها برای بازه‌ی وسیعی از شرایط دریای مازندران و برای 4 سطح اوریفیس و 4 عمق آبخور که شامل مقادیر بهینه نیز می‌شدند، در قالب 800 آزمون تکرار شد؛ نتایج نشان دادند که با درنظر گرفتن مقادیر بهینه، عملکرد مبدل برای بقیه‌ی فرکانس‌ها نیز بهینه خواهد بود. مبدل بهینه در بهترین شرایط می‌تواند توانی معادل 191 وات تولید کند؛ در حالی که قبل از بهینه‌سازی، بالاترین توان ثبت شده 132 وات بود که افزایشی معادل 45% به‌دست آمده است. همچنین پس از بهینه‌سازی، راندمان مبدل تا مقدار 7/53% افزایش یافته است. همچنین برای بررسی دقیق‌تر، تأثیر بهینه‌سازی بر ضرایب بی‌بعد هیدرودینامیکی شامل ضریب فشار، ضریب دمپینگ و ضریب موج انتقال‌یافته ارزیابی شدند. نتایج نشان دادند، پس از تعیین عمق آبخور بهینه (24/0)، ضرایب بی‌بعد هیدرودینامیکی شامل ضریب فشار، ضریب دمپینگ و ضریب موج انتقال محاسبه شدند و برای جمع‌بندی نهایی، اثر شرایط موج برخوردی بر نوسانات سطح آزاد درون سامانه، فشار درون محفظه، دبی، توان و راندمان سیستم بهینه نیز مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج، راندمان بیشینه و راندمان میانگین با درنظر گرفتن عمق آبخور بهینه به‌ترتیب 25% و 10% افزایش یافتند. بررسی ضرایب هیدرودینامیکی نیز نشان داد که ضریب فشار میانگین، ضریب دمپینگ و ضریب موج انتقال یافته به‌ترتیب 27% افزایش، 14% کاهش و 5% افزایش یافته است. با توجه به این‌که ضریب فشار مهم‌ترین عامل در تولید توان است، بهینه‌سازی عمق آبخور تاثیر قابل ملاحظه‌ای بر ضریب فشار و درپی آن راندمان بیشینه داشته است. همچنین وقوع پدیده‌ی اسلاشینگ مورد بررسی تجربی قرار گرفته است. 8 سنسور سطح‌سنج برای بررسی اثرات شرایط موج برخوردی بر پروفیل سطح آزاد، در سطح آب درون مبدل نصب و پروفیل سطح آزاد در حالت وقوع اسلاشینگ ترسیم شد؛ با درنظر گرفتن زاویه‌ی خط سطح آزاد به‌عنوان معیاری از پدیده‌ی اسلاشینگ، تاثیر این پارامتر برراندمان و ضرایب بی‌بعد فشار، دمپینگ و توان بررسی شد. با توجه به نتایج، افزایش فرکانس بی‌بعد موج برخوردی، زاویه‌ی خط سطح آزاد آب و در نهایت امکان وقوع اسلاشینگ را افزایش می‌دهد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که با افزایش فرکانس بی‌بعد موج از 07/0 تا 80/0 زاویه‌ی سطح آزاد آب با افق از 25/1 تا 5/9 درجه تغییر می‌کند؛ اما نکته حائز اهمیت این است که تا فرکانس بی‌بعد 37/0 افزایش زاویه‌ی سطح آزاد محسوس نیست؛ ولی با نزدیک شدن به فرکانس 37/0 زاویه‌ی سطح آزاد به‌طور ناگهانی افزایش می‌یابد و اسلاشینگ در فرکانس‌های بی‌بعد 37/0 تا 80/0 رخ می‌دهد که این بازه‌ی فرکانسی بیشترین احتمال وقوع را در طول سال در دریای مازندران دارد. همچنین با زاویهدار شدن سطح آزاد آب، عملکرد مبدل از تئوری پیستون صلب فاصله گرفته، حجمهای مرده در سطح آزاد تشکیل می‌گردد؛ به‌گونه‌ای که اگر زاویه‌ی خط سطح آب از 85/3 درجه بیشتر شود، با ناهمگون شدن سطح آزاد، پدیده‌ی اسلاشینگ شکل می‌گیرد و با افزایش ناگهانی حجم مرده، عملکرد مبدل به‌شدت افت می‌کند. درادامه 4 دهانه با زوایای 0و 10 درجه برای حد پایین و 30 و 40 درجه برای حد بالای زاویه‌ی دهانه، در ورودی ستون نوسانی نصب شد. با توجه به نتایج، نصب دهانه، عملکرد مبدل را در محدوده‌های فرکانس‌های اسلاشینگ بهبود داد. برای دست‌یابی به راندمان بهینه در شرایط اسلاشینگ، ابتدا زاویه‌ی بهینه‌ی دهانه با استفاده از روش بهینه‌سازی الگوریتم ژنتیک برابر با 5/22 درجه به‌دست آمد؛ سپس عملکرد مبدل در این زاویه‌ی دهانه مورد بررسی تجربی قرار گرفت. نتایج تجربی بهبود عملکرد مبدل را پس از نصب دهانه با زاویه‌ی بهینه تأیید کردند؛ به‌گونه‌ای که در مبدل بدون دهانه، در 4 فرکانس پدیده‌ی اسلاشینگ مشاهده شد؛ اما پس از نصب دهانه‌ی بهینه، تنها در یک فرکانس اسلاشینگ رخ داد که در این حالت نیز اسلاشینگ 42% کمتر از حالت مشابه در مبدل بدون دهانه بود. نتایج همبستگی داده‌ها نیز نشان داد که بین فرکانس موج و زاویه‌ی سطح آزاد همبستگی مثبت وجود دارد؛ درحالی‌که بین فرکانس و هر کدام از متغیرهای دبی، فشار و توان همبستگی منفی وجود خواهد داشت. مقایسه‌ی نتایج مبدل با دهانه و بدون دهانه نشان می‌دهد که همبستگی بین فرکانس و هر کدام از متغیرهای زاویه‌ی سطح آزاد، دبی، فشار و توان، در حالت با دهانه همواره کمتر از حالت بدون دهانه است. همچنین نتایج نشان داد که در محدوده‌ی امواج دریای مازندران برای بدترین فرکانس اسلاشینگ، مبدل با دهانه در حالت کلی 89/42 % عملکرد بهتری دارد.

کلمات کلیدی: مبدل انرژی موج، مطالعه تجربی، ستون نوسانی آب، دریای مازندران، پدیده اسلاشینگ

 

3. عنوان پایان نامه:

مطالعه عددی-تجربی پروانه نیمه‌مغروق به منظور ارزیابی عملکرد پروانه با تمرکز بر پدیده‌های هواگیری و حباب‌زایی

نام دانشجو	عبدالرضا یوسفی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	سید مصطفی سیدی تاجی

چکیده:

پارامترهای هندسی تعداد پره و نسبت گام به دلیل تغییر در زاویه حمله و تغییرات طول کورد تأثیرات زیادی بر روی جابجایی محدوده‌ی ضریب پیشروی بحرانی، پدیده هواگیری و به دنبال آن عملکرد هیدرودینامیکی پروانه خواهند داشت. با بررسی مطالعات گذشته خلأهای فراوانی در این زمینه دیده می شود. توسعه‌ی مطالعات با تکیه بر پروانه 5 پره به عنوان مرجع و بررسی پارامتر نسبت گام بر روی یک پروانه با مقطع مشابه و همچنین بررسی پارامتر تعداد پره بر روی یک پروانه 6 پره، جهت پاسخ به خلاءهای موجود به عنوان ایده‌ی محوری این رساله مورد نظر قرار گرفته است. برای انجام مطالعات در کار حاضر از روش تئوری و تجربی استفاده شده است. آزمون‌های تجربی در تونل آب سطح آزاد گروه پژوهشی انرژی‌های دریاپایه دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل انجام شده‌اند. در این راستا پس از کالیبراسیون و ارزیابی عدم قطعیت، به منظور بررسی تأثیر نسبت گام از دو پروانه 5 پره با پروفیل مقطع یکسان و نسبت گام‌های 5/1 و 4/1 استفاده شده است؛ همچنین برای بررسی اثرات تعداد پره، نتایج مربوط به یک پروانه 6 پره با پروفیل مقطع مشابه و نسبت گام 4/1 با پروانه‌ی 5 پره مشابه مقایسه شده است. نسبت مغروقیت 40 درصد و زوایه انحراف شفت صفر می‌باشد. با توجه به نتایج به‌دست آمده، تغییر نسبت گام از 4/1 به 5/1 سبب افزایش 30 درصدی مقادیر ضرایب تراست و گشتاور شده، ضریب پیشروی بحرانی را افزایش داده است. افزایش ضریب پیشروی بحرانی نیز سبب توسعه محدوده هواگیری کامل شده است که در بهبود عملکرد هیدوردینامیکی پروانه موثر است؛ همچنین با تغییر تعداد پره از 5 به 6، در مقادیر ضریب پیشروی بیشتر از بحرانی، افزایشی ده درصدی در مقادیر ضرایب تراست و گشتاور دیده شد؛ اما تغییرات ضریب پیشروی بحرانی بسیار ناچیز بود. جهت انجام مدل‌سازی عددی از نرم‌افزار تجاری انسیس فلوئنت 2020 بر پایه روش حجم محدود و به منظور شبیه‌سازی سطح آزاد از مدل دوفازی حجم سیال استفاده شد. به منظور اعتبارسنجی، نتایج عددی با نتایج تجربی اولفسون و نتایج تجربی کار حاضر مقایسه و صحه‌گذاری شده‌اند؛ همچنین مدل‌سازی عددی در 7 ضریب پیشروی در بازه‌ی [1-4/0] انجام شده است. جهت بحث و بررسی نتایج، با معرفی پارامتر طول و ضخامت ناحیه هواگیری، تأثیر ضرایب پیشروی بر فیزیک پدیده هواگیری در نسبت‌های شعاعی مختلف ارائه شده است. نتایج نشان می‌دهند، در سطح مکش و در نقاطی که هواگیری آغاز می‌شود، مقدار فشار به فشار اتمسفر نزدیک بوده، با کاهش ضریب پیشروی، ضخامت و طول ناحیه هواگیری افزایش می‌یابد؛ در این شرایط ناحیه هواگیری به سمت لبه حمله پره حرکت می‌کند. در ضریب پیشروی ثابت، با افزایش نسبت شعاعی، از ضخامت و طول ناحیه هواگیری کم شده است. با توجه به نتایج به‌دست آمده، زمانی که نسبت گام افزایش می‌یابد، طول خط هواگیری کم‌تر خواهد شد. کم‌تر شدن طول خط هواگیری سبب کاهش ضریب پیشروی شده، در این شرایط پدیده هواگیری کامل زودتر رخ می‌دهد؛ به عبارتی پروانه در ضرایب پیشروی بالاتری به نقطه بحرانی می‌رسد. با افزایش نسبت گام به 5/1، مقدار ماکزیمم ضریب تراست پروانه 33% و مقدار ماکزیمم ضریب گشتاور پروانه30% افزایش خواهد یافت. همچنین ضریب پیشروی بحرانی متناظر با هرکدام از مقادیر ماکزیمم تراست به ترتیب برابر 7/0 و 8/0 خواهد شد. در بررسی دو پروانه با تعداد پره متفاوت، عملکرد پروانه‌ها به نیز زوج یا فرد بودن پره‌ها بستگی دارد؛ به‌گونه‌ای که پروانه‌های با تعداد پره‌های زوج عملکردی متقارن دارند. در حالت متقارن مقادیر نیروهای تراست و گشتاور به طور قابل توجهی تغییر نمی‌کند و تغییرات لحظه‌ای تراست و گشتاور همدیگر را جبران می‌کنند. در پروانه 6 پره با کاهش طول ناحیه‌ی هواگیری به‌واسطه‌ی کاهش طول کورد، ضریب پیشروی بحرانی افزایش می‌یابد. در مقایسه با تعداد پره، نسبت گام تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر ضریب تراست دارد؛ به‌گونه‌ای که در نسبت گام بالاتر، ضریب پیشروی بحرانی افزایش بیشتری داشته، راندمان در مقادیر بالاتری از پیشروی بحرانی افزایش می‌یابد. با توجه به نتایج، در صورتی که در طراحی، اهمیت افزایش نیروی تراست در اولویت باشد، افزایش تعداد پره مؤثرتر خواهد بود. در حالی که اگر افزایش گشتاور مشکلی در روند طراحی به‌وجود نیاورد و هدف افزایش راندمان باشد، باید از تغییر نسبت گام استفاده نمود.

کلمات کلیدی: پروانه نیمه مغروق، تست تجربی، مدلسازی عددی، هواگیری، نسبت گام، تعداد پره، هندسه پروانه

 

4. عنوان پایان نامه:

مطالعه عددی-تجربی یک مدل شبکه واقعی توزیع آب به روش آنالیز جریان گذرا بر مبنای دیماند پالسی و کنترل بلادرنگ (RTC) فشار

نام دانشجو	سعید محمدزاده نقارچی
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت
سال انتشار	1400
استاد مشاور	-

چکیده:

یکی از مهم‌ترین مسائل در شبکه‌های آبرسانی، مسئله نشت و آب بدون درآمد می‌باشد که حتی در شبکه‌های جدید نیز امری اجتناب‌ناپذیر است. از جمله تبعات منفی نشت، نیاز به منابع اضافی برای تأمین آب با کیفیت مناسب، افزایش هزینه‌های تولید، تصفیه، انتقال و توزیع آب، ورود آلودگی به شبکه و ... می‌باشد. با توجه به اهمیت موضوع، مطالعات پژوهشی گذشته، به طور عمده بر دو محور کارهای اصلاحی و نیز کارهای پیشگیرانه استوار بوده است. در بخش فعالیت‌های اصلاحی، تجهیزات نشت‌یابی با هزینه‌های اولیه بالا توسعه یافتند که در بسیاری از شرایط از کارآیی مطلوبی برای شناسایی نشت‌های موجود برخوردار نیستند، لذا توجه به روش‌های پیشگیرانه از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود. در این راستا کنترل فشار اضافی شبکه، راهکاری مناسب برای برون‌رفت از ناکارآمدی روش‌های نشت‌یابی و جلوگیری از هدررفت آب می‌باشد. بیش از یک دهه است که ایده کنترل بلادرنگ فشار برای تنظیم هد تحویلی به مشترکین و همچنین کاهش نشتی در شبکه‌های توزیع آب ارائه شده است. از سویی دیگر، با توجه به ماهیت گذرای جریان در یک شبکه‌ی آبرسانی، در توسعه دانش کنترل بلادرنگ، در نظر گرفتن حالت‌های گذرای هیدرولیک شبکه‌های توزیع آب برای ایجاد تنظیمات دینامیکی ضروریست؛ لذا در این رساله، به منظور توسعه‌ی چارچوب‌های انتخاب گره کنترلی و معماری سیستم کنترل بلادرنگ، مدل‌سازی و شبیه‌سازی گذرای جریان بر مبنای دیماند پالسی در یک شبکه‌ی توزیع آب، با استفاده از روش عددی حل مشخصه‌ها انجام شد. در این تحقیق، با توسعه‌ی روابط برای شبکه‌های شیب‌دار در قالب یک کد کامپیوتری، امکان تحلیل شبکه‌های آبرسانی با رقوم متغیر مورد ارزیابی قرار گرفت. به‌منظور اعتبارسنجی و کالیبراسیون، نتایج حاصل از روش مشخصه‌ها با نتایج نرم‌افزار تحلیل هیدرولیکی ایپانت و نیز داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شده‌اند. برای استخراج داده‌های آزمایشگاهی از شبکه‌ی آبرسانی دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل با هد ثابت 7 متر به‌همراه 3 حلقه و 4 شاخه شیب‌دار استفاده شده است. با هدف میدان‌گرا بودن این روش، شبکه‌ی روستایی گاوانکلا بابل و با میزان آب بدون درآمد بالا (47%) بررسی شد. توپولوژی خاص منطقه مورد مطالعه، کوچک بودن و در عین حال تنوع فشاری بالا (به‌گونه‌ای که بخش‌‌های از شبکه دارای مازاد هد و در مقابل بخش‌هایی نیز کمبود هد دارند) موجب شد تا ملاحظات سیستم کنترل بلادرنگ در این تحقیق افزایش یابد. داده‌های مورد نیاز، شامل دبی ورودی به شبکه و هد نقطه بحرانی به ترتیب با استفاده از دبی‌سنج آلتراسونیک و سنسور فشارسنج اندازه‌گیری و توسط سامانه‌ی ارسال از راه دور جمع‌آوری شد. سپس با تحلیل‌های هدررفت برمبنای روش آنالیز اجزاء نشت (به صورت سالانه) و نیز بر مبنای روش حداقل جریان شبانه (هر 10 دقیقه)، مقدار و الگوی نشت برای اعمال در روش دیماند پالسی مشخص شد. در نهایت نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان داد، ایجاد مناطق ایزوله فشاری با تحلیل هیدرولیکی به روش عددی حل مشخصه‌ها، موجب تعیین بهترین استراتژی‌های کنترلی خواهد شد. با توجه به نتایج، با اعمال استراتژی کنترل پیشرفته‌ی فشار، متوسط هد شبکه تا 54 درصد کاهش یافته است؛ همچنین، متوسط نوسانات هد شبکه نیز از 7/9 متر به 5/3 متر کاهش یافته است که ضمن کاهش تعداد شکستگی، می‌تواند موجب افزایش رضایتمندی مشترکین شود. در ادامه سه شاخص میزان کاهش نشتی، کاهش نوسانات هد و عدم ایجاد پدیده مخرب کاویتاسیون در بدنه شیر، به‌عنوان معیارهای انتخاب گره‌های کنترلی لحاظ شدند. نشان داده شد، میزان هدررفت واقعی با به‌کارگیری استراتژی مناسب از 25% به 10% کاهش می‌یابد. از دیگر دستاوردهای مهم این مطالعه، می‌توان به ارائه برتری پارامتر مصرف مجاز شبانه مشترکین نسبت به پارامتر نمای نشت در تخمین دقیق مقدار نشت به روش حداقل جریان شبانه اشاره کرد. ارزیابی تأثیر اندازه‌ی گام مکانی در دقت حل به روش مشخصه‌ها نشان داد که با در نظر گرفتن تقسیم‌بندی مناسب برای هر لوله، سریع‌ترین پاسخ با خطای کمتر از 1 درصد به‌دست می‌آید. همچنین با کمک روش شبکه عصبی مصنوعی، پارامترهای کلیدی در سنجش از راه دور بررسی شدند تا تعداد سنسورها جهت ساده‌سازی الگوریتم کنترلی و معماری سیستم کنترل بلادرنگ کمینه شود. در نهایت تابع کنترلی با همگرایی 99% ارائه شد.

کلمات کلیدی: مدلسازی هیدرولیکی، شبکه توزیع آب، کنترل بلادرنگ فشار، شیر فشارشکن، روش مشخصه‌ها، مدیریت

نشت

 

5. عنوان پایان نامه:

مطالعه تجربی و تئوری گلایدر دریایی در حالت سه درجه آزادی (سرج، هیو و پیچ) به‌ منظور استخراج ضرایب هیدرودینامیکی با تمرکز بر هندسه‌های گوناگون برای دماغه

نام دانشجو	کامبیز دیوسالار
رشته تحصیلی	مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی
استاد راهنما	دکتر روزبه شفقت، دکتر موسی فرهادی
سال انتشار	1399
استاد مشاور	رضوان عالمیان

چکیده:

گلایدرهای دریایی نوعی از شناورهای زیرسطحی بدون سرنشین هستند که با کنترل بویانسی و جهت‌گیری خود توسط محرک‌های داخلی و خارجی به‌آرامی درون آب حرکت کرده و از منظر هزینه و عمق مطالعه برای عملیات داده‌برداری دریایی، زیست‌محیطی بسیار مطلوب می‌باشند. با توجه به اهداف رساله و نیز الگوبرداری از نمونه‌های پژوهشی موجود، یک گلایدر با بدنه‌ی استوانه‌ای و فرم انتهایی مخروطی و دماغه‌ها‌ی کروی، مخروطی و بیضوی طراحی و ساخته شده است. همچنین بر اساس بررسی‌های انجام‌شده و نیز ارزیابی شرایط عملکردی گلایدر، از یک مدل با مقیاس 1 به 3 با طول کلی 88 سانتی‌متر استفاده شد که دماغه‌ی آن به طول 30 سانتی‌متر با اتصال پیچی به بدنه متصل شده و برای ارزیابی عملکرد گلایدر قابلیت جایگزینی با دماغه‌هایی با شکل‌های گوناگون را فراهم می‌نماید. در ضمن برای دستیابی به نسبت طول به قطر مناسب، قطر گلایدر مدل 9 سانتی‌متر در نظر گرفته‌شده است. باله‌های هدایت‌گر گلایدر نیز از نوع ایرفویل NACA0009 می‌باشند. ضرایب هیدرودینامیکی درگ و لیفت و نیز گشتاورهای وارد بر بدنه‌ی گلایدر برای کنترل حرکت و مانور آن بسیار مهم هستند؛ لذا برای نیل به این هدف، نیروهای وارد بر بدنه با نصب دماغه‌های مختلف در قالب یک مطالعه‌ی تجربی در حوضچه‌ی کشش مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی عملکرد گلایدر با نصب دماغه‌های گوناگون، از روش بهینه‌سازی فراابتکاری استفاده شد. با توجه به اهمیت سرعت پرتاب، زاویه حمله و زاویه‌ی باله‌ها در مدل‌سازی دینامیکی گلایدر برای کنترل حرکت، این پارامترها در قالب متغیرهای اصلی در مطالعه‌ی تجربی انتخاب شده‌اند. در مطالعه‌ی تجربی، پس از ارزیابی عدم قطعیت و اطمینان از عملکرد سامانه‌ی اندازه‌گیری، اقدام به استخراج نتایج در بازه‌ی تغییرات هریک از پارامترها شده است. شایان ذکر است که مقدار عدم قطعیت در کلیه‌ی نتایج تجربی کمتر از 5% بوده است. در بخش نتایج، پس از پردازش نهایی داده‌های تجربی، ابتدا نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر گلایدر را به‌دست‌آورده، سپس با استفاده از نیروهای هیدرودینامیکی مرتبط با دماغه‌های گوناگون، مقادیر ضرایب درگ، لیفت و گشتاور برحسب زاویه‌های باله در سرعت‌ها و زوایای حمله‌ی مختلف محاسبه ‌شده است؛ عملکرد دماغه‌ها در بازه‌ی سرعت 2/0 تا 1 متر بر ثانیه و زوایای حمله 15- تا 15+ با یکدیگر مقایسه و مورد ارزیابی قرارگرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهند که در مقایسه با دماغه‌ی کروی، نسبت لیفت به درگ دماغه بیضوی از 2 تا 18 درصد و دماغه مخروطی از 5 تا 20 درصد افزایش‌یافته است که نشان‌دهنده‌ی عملکرد هیدرودینامیکی بهتر دماغه‌ی مخروطی می‌باشد. در ادامه برای ارزیابی نهایی، با قرار دادن ضرایب هیدرودینامیکی به‌دست‌آمده در معادلات دینامیک حرکت، مسیر حرکت برای دماغه‌های مختلف گلایدر به‌دست آمده‌اند. نتایج تحلیل‌های دینامیکی نشان می‌دهند که گلایدر با نصب دماغه مخروطی، بیشترین پیشروی را در راستای محور X داراست و کم‌ترین پیشروی هم مربوط به گلایدر با نصب دماغه بیضوی می‌باشد؛ این روند در بیشترین عمق عملیاتی نیز مشهود است؛ به‌گونه‌ای که بیشترین عمق عملیاتی به‌دست آمده مربوط به گلایدر با دماغه بیضوی و کم‌ترین عمق عملیاتی مربوط به گلایدر با دماغه کروی می‌باشد؛ البته این اختلاف بسیار ناچیز است. درنهایت مشخص شده است که میزان مسافت طی شده در گلایدر با دماغه مخروطی در مقایسه با دماغه‌های دیگر بیشتر می‌باشد.

کلمات کلیدی: گلایدر دریایی، دینامیک حرکت، سرج