بررسی تاثیر هندسه‌ی تونل در شناورهای بلیدرانر بر روی مشخصه‌های هیدرودینامیکی آن‌ها

116 صفحه فايل word

قابل ويرايش

چکيده

در این مطالعه، به منظور بررسی تاثیر هندسه‌ی تونل در شناورها بر روی مشخصه‌های هیدرودینامیکی، ابتدا اثرات افزودن تونل به یک شناور تک بدنه موجود با هدف کاهش درگ مورد بررسی قرار گرفته، سپس بهبود ابعاد تونل تولید شده، مورد توجه قرار می‌گیرد. در این راستا، تاثیر اندازه‌ی ارتفاع تونل، دهانه تونل و ارتفاع گوشواره بر پارامترهای هیدرودینامیکی شناور مورد بررسی قرار گرفته است. ارزیابی عملکرد تونل شناور برای دو وضعیت بدون بار و با بار کامل انجام شده است که در ابتدا بررسی‌های پارامتریک برای هر یک از متغیرهای موثر به طور جداگانه انجام شده و در پایان به منظور دست‌یابی به یک بررسی جامع، با تولید مدل‌های گوناگون بر اساس روش طراحی آزمون تاگوچی، اقدام به بهبود شکل تونل گردید. در روش تاگوچی با در نظر گرفتن 3 فاکتور با 4 سطح، 16 مدل جهت شبیه‌سازی عددی تولید شد. شبیه‌سازی عددی به کمک نرم‌افزار تجاری انسیس – ‌فلوئنت صورت گرفته، الگوریتم سیمپل به منظور برقراری ارتباط بین سرعت و فشار، روش حجم سیال برای بررسی توزیع دو فاز سیال و نیز مدل  برای مدل کردن آشفتگی استفاده شده است. همچنین برای تعیین موقعیت شناور، از شبکه دینامیکی و حل معادلات شش درجه آزادی استفاده شده است. برای اعتبارسنجی، نتایج شبیه‌سازی عددی با نتایج روش نیمه‌تجربی سویتسکی مقایسه شده‌اند. مقایسه نیروهای درگ به‌دست آمده با روش سویتسکی نشان‌دهنده دقت بالای شبیه‌سازی حاضر می‌باشد. با توجه به نتایج، افزودن تونل‌های جانبی تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی کاهش درگ خواهد داشت و تا 30 درصد درگ شناور در سرعت‌های بالا کاهش می‌یابد. دهانه و ارتفاع تونل عامل تاثیرگذاری بر اسکی افتادن شناور و انتقال شناور از مود جابه‌جایی به مود پروازی می‌باشد. هر چه سطح تونل کوچکتر باشد این اتفاق راحت تر رخ می‌دهد. با توجه به نتایج طرح آزمایش تاگوچی دهانه تونل تاثیرگذارترین و ارتفاع تونل کم اهمیت ترین عامل در بین موارد مورد بررسی در سرعت و وزن عملیاتی می‌باشد. هر چه دهانه تونل کوچکتر باشد بهتر است.

واژه‌هاي كليدي: شناور تندروی تونل‌دار، شبکه دینامیکی، طرح آزمایش تاگوچی، بررسی پارامتریک، مدل حجم سیال.ش

فهرست مطالب

فصل ۱ مقدمه  ۱

۱-۱ مقدمه.. ۲

۱-۲ مشخصات عمومی شناورهای پروازی…. ۴

۱-۳ پارامترهای هندسی شناورهای پروازی…. ۶

۱-۴ پارامترهای هندسی شناورهای تونل‌دار. ۹

۱-۵ آشنایی با روش‌های تحلیل شناورهای پروازی…. ۱۲

۱-۵-۲ روش‌های تحلیلی – تجربی…. ۱۳

۱-۵-۳ روش المان مرزی…. ۱۴

۱-۵-۴ روش حجم محدود.. ۱۵

۱-۶ هدف تحقیق حاضر.. ۱۶

فصل ۲ مروری بر منابع  ۱۹

۲-۱ مقدمه.. ۲۰

۲-۲ مروری بر کارهای انجام شده بر روی شناورهای تندرو. ۲۰

۲-۳ نتیجه‌گیری…. ۲۴

فصل ۳ معادلات حاکم   ۲۷

۳-۱ مقدمه.. ۲۸

۳-۲ معادلات حاکم بر جریان سیال… ۲۸

۳-۲-۱ معادله بقای جرم.. ۲۹

۳-۲-۲ معادلهی اندازه حرکت سیال… ۲۹

۳-۳ جریانهای دوفازی…. ۳۱

۳-۳-۱ جریانهای با سطح آزاد.. ۳۲

۳-۳-۲ روش تسخیر کنندهی سطح… ۳۳

۳-۳-۳ روش ردیابی حجم.. ۳۴

۳-۴ مدلسازی آشفتگی…. ۳۸

۳-۴-۱ مدل RANS.. ۴۰

۳-۴-۲ مدل‌های آشفتگی…. ۴۱

۳-۵ مدل . ۴۴

۳-۵-۱ مدل  استاندارد.. ۴۵

۳-۶ توابع دیوار. ۴۶

۳-۶-۲ توابع دیواره‌ی استاندارد برای پروفیل سرعت متوسط…. ۴۸

۳-۶-۳ شبکه‌بندی نزدیک دیوار در صورت انتخاب روش توابع دیواره. ۵۰

۳-۷ معادلات حرکت جسم صلب….. ۵۱

۳-۸ عدد فرود در شناورها ۵۲

فصل ۴ روش حل عددی   ۵۳

۴-۱ مقدمه.. ۵۴

۴-۲ خطیسازی…. ۵۵

۴-۲-۲ روش بالادست مرتبهی اول… ۵۶

۴-۲-۳ روش بالادست مرتبهی دوم.. ۵۶

۴-۲-۴ شکل خطی معادلات گسسته شده. ۵۷

۴-۲-۵ الگوریتم مورد استفاده برای میانیابی فشار. ۵۷

۴-۲-۶ وابستگی سرعتفشار. ۵۸

۴-۲-۷ مادون رهایی…. ۵۸

۴-۲-۸ همگرایی حل… ۵۸

۴-۳ مشخصات هندسهی مورد بررسی…. ۶۰

۴-۳-۱ تبدیل شناور پایه تک‌بدنه به فرم تونل‌دار. ۶۱

۴-۴ پوسته های تونل‌دار با ابعاد گوناگون… ۶۴

۴-۴-۱ تولید پوسته‌های تونل‌دار با دهانه و ارتفاع مختلف….. ۶۴

۴-۴-۲ تولید پوسته‌های تونل‌دار بر اساس طرح آزمایش تاگوچی…. ۶۷

۴-۵ ناحیهی حل… ۷۰

۴-۶ تولید مش….. ۷۱

۴-۷ شرایط مرزی…. ۷۳

۴-۸ استقلال از شبکه.. ۷۴

فصل ۵ تحلیل و ارائه‌ی نتایج   ۷۶

۵-۱ مقدمه.. ۷۷

۵-۲ اعتبار سنجی حل… ۷۷

۵-۳ نتایج مربوط به تونل‌دار کردن شناور. ۷۸

۵-۳-۱ کانتور فاز روی سطح شناور. ۷۸

۵-۳-۲ الگوی امواج ایجاد شده بر روی سطح آزاد.. ۸۱

۵-۳-۳ منحنی‌های عملکرد شناور اورنج و تونل‌دار پایه.. ۸۲

۵-۴ نتایج بررسی پارامتریک…… ۸۵

۵-۴-۱ بررسی اثر دهانه تونل… ۸۵

۵-۴-۲ بررسی اثر ارتفاع تونل… ۹۰

۵-۵ مدلسازی به کمک طرح آزمایش تاگوچی…. ۹۳

۵-۶ نتایج… ۹۸

۵-۷ ارائه‌ی پیشنهاد.. ۹۹

فهرست شکل ها

شکل (۱-۱) شناور تندرو در مود پروازی [۱] ۴

شکل (۱-۲) نمودار مقاومت در مقابل سرعت برای رسیدن یک شناور از حالت جابجایی به پروازی [۱] ۵

شکل (۱-۳) مشخصه‌های مشترک شناور پروازی ]۲۹[ ۷

شکل (۱-۴) مقاطع عرضی مختلف [۲] ۹

شکل (۱-۵) پارامترهای مختلف مقطع شناور تونل‌دار. ۱۰

شکل (۱-۶) مولفه‌های مهم گوشواره. ۱۱

شکل (۱-۷) پارامترهای دهانه و ارتفاع تونل در یک مقطع… ۱۱

شکل (۱-۸) استپ طولی سقف تونل در یک مقطع… ۱۲

شکل (۱-۹) دسته بندی‌های ارائه شده برای روش‌های تحلیل… ۱۳

شکل (۱-۱۰) شناور بلیدرانر ساخته شده توسط شرکت ICE MARIN [۴]. ۱۷

شکل (۱-۱۱) شناور مدل اورنج… ۱۷

شکل (۳-۱) روش تسخیر کننده‌ی سطح… ۳۳

شکل (۳-۲) شکل دقیق سطح مشترک بین دو سیال و توزیع حول سطح مشترک[۳۱] ۳۶

شکل (۳-۳) سرعت‌های لحظه‌ای ، متوسط و نوسانی ….. ۴۱

شکل (۳-۴) دسته‌بندی مدل‌های توربولانسی موجود برای شبیه‌سازی جریان‌های آشفته  ۴۲

شکل (۳-۵) مقایسهی روش هایحل در ناحیهی نزدیک دیواره در لایه مرزی مغشوش….. ۴۷

شکل (۳-۶) نواحی مختلف در لایهی مرزی مغشوش….. ۴۸

شکل (۴-۱) حجم کنترل استفاده شده برای توضیح روش حجم محدود.. ۵۵

شکل (۴-۲) الگوریتم حل… ۶۰

شکل (۴-۳) پارامترهای مختلف مقطع شناور تونل‌دار. ۶۲

شکل (۴-۴) خطوط راهنما ۶۲

شکل (۴-۵) تولید حجم هموار در solid works. ۶۳

شکل (۴-۶) شناور تک‌بدنه پایه و شناور تونل‌دار پایه تولید شده در نمای مختلف….. ۶۴

شکل (۴-۷) پروفیل شناورها (a) ۳۰ درصد کاهش دهانه تونل (b) ۲۰ درصد کاهش دهانه تونل (c) ۱۰ در صد کاهش دهانه تونل(d) شناور تونل‌دار اولیه (پایه) (e) ۱۰ درصد افزایش دهانه تونل… ۶۶

شکل (۴-۸) پروفیل شناورها (a) ۲۰ درصد کاهش ارتفاع تونل (b) ۱۰ درصد کاهش ارتفاع تونل(c) شناور تونل‌دار اولیه (پایه) (d) ۱۰ درصد افزایش ارتفاع تونل… ۶۷

شکل (۴-۹) پارامترهای هندسی موردنظر در روش تاگوچی…. ۶۸

شکل (۴-۱۰) پروفیل شناورهای پیشنهادی طرح آزمایش تاگوچی…. ۶۹

شکل (۴-۱۱) دامنه محاسباتی و شرایط مرزی…. ۷۰

شکل (۴-۱۲) انتقال هندسه تولیدی به نرم‌افزار گمبیت برای شبکه بندی…. ۷۱

شکل (۴-۱۳) شبکه بندی ناحیه حل از نمای جانبی…. ۷۲

شکل (۴-۱۴) شرایط مرزی دامنه حلError! Bookmark not defined.

شکل (۴-۱۵) تنظیمات مورد استفاده در نرم‌افزار انسیس – فلوئنت….. ۷۴

شکل (۴-۱۶) نمودار تغییرات درگ در مقابل تعداد مش در شناور تک بدنه و تونل‌دار. ۷۵

شکل (۵-۱) اعتبار سنجی با روش سویتسکی…. ۷۸

شکل (۵-۲) کانتور فاز بر روی سطح شناور تک بدنه وتونل‌دار از نمای کنار در سرعت‌های مختلف (a) m/s ۳ ، (b) m/s ۵ ، (c) m/s ۸ ، (d) m/s ۱۰.. ۸۰

شکل (۵-۳) کانتور فاز بر روی کف شناور تک بدنه در حالت  بار سبک در سرعت‌های مختلف     ۸۱

شکل (۵-۴) الگوی موج در (a) شناور تونل‌دار (b) شناور پایه تک بدنه.. ۸۱

شکل (۵-۵) تغیرات پارامترهای هیدرودینامیکی با ایجاد تونل در شناور پایه (a) نمودار درگ (b) نمودار تریم (c) نمودار آب‌خور. ۸۳

شکل (۵-۶) (a) نسبت درگ فشاری به درگ کل  (b) درصد بهبود عملکرد شناور پایه تونل‌دار  ۸۴

شکل (۵-۷) پروفیل شناورها (a) ۳۰ درصد کاهش دهانه تونل (b) ۲۰ درصد کاهش دهانه تونل (c) ۱۰ در صد کاهش دهانه تونل(d) شناور تونل‌دار اولیه (پایه) (e) ۱۰ درصد افزایش دهانه تونل… ۸۶

شکل (۵-۸) اثر دهانه بر عملکرد شناور (a) نسبت درگ به وزن شناور (b) زاویه تریم (c) آب‌خور شناور  ۸۷

شکل (۵-۹) سهم درگ فشاری از درگ کل (a) بر حسب عدد فرود (b) بر حسب نسبت ارتفاع تونل نسبت به ارتفاع کل… ۸۸

شکل (۵-۱۰) کانتور فشار کل روی کف شناور در سرعت ۱۰ متر بر ثانیه.. ۸۸

شکل (۵-۱۱) کانتور فاز برای شناور تک‌بدنه سمت راست و تونل‌دار۲ سمت چپ، در سرعت های مختلف (a) ۳ متر بر ثانیه (b) ۵ متر بر ثانیه (c) ۸ متر بر ثانیه (d) ۱۰ متر بر ثانیه.. ۸۹

شکل (۵-۱۲) پروفیل شناورها (a) ۲۰ درصد کاهش ارتفاع تونل (b) ۱۰ درصد کاهش ارتفاع تونل(c) شناور تونل‌دار اولیه (پایه) (d) ۱۰ درصد افزایش ارتفاع تونل… ۹۱

شکل (۵-۱۳) اثر ارتفاع (a) تغییرات درگ (b) تغییرات زاویه تریم.. ۹۱

شکل (۵-۱۴) فشار استاتیکی بر روی سقف تونل… ۹۲

شکل (۵-۱۵) جایگاه طراحی آزمایش در بهینه‌سازی…. ۹۳

شکل (۵-۱۶) پروفیل شناورهای پیشنهادی طرح آزمایش تاگوچی…. ۹۶

شکل (۵-۱۷) نتایج تحلیل تاگوچی…. ۹۸

 

                                        فهرست جدول ها

جدول (۳-۱) قابلیت‌های موجود در روشهای شبیه سازی سطح آزاد.. ۳۸

جدول (۳-۲) ضرایب ثابت آشفتگی مدل ……….. ۴۶

جدول (۴-۱) مشخصات هندسی شناور تک‌بدنه‌ی پایه و شناور تونل‌دار اولیه.. ۶۳

جدول (۴-۲) مشخصات تست های مورد بررسی…. ۶۵

جدول (۴-۳) مشخصات تست های مورد بررسی…. ۶۷

جدول (۴-۴) ارزش عددی مرتبه فاکتورها در روش تاگوچی…. ۶۸

جدول (۴-۵) آزمایشات طراحی شده توسط روش تاگوچی…. ۶۹

جدول (۵-۱) مشخصات تست های مورد بررسی…. ۸۶

جدول (۵-۲) مشخصات تست های مورد بررسی…. ۹۰

جدول (۵-۳) ارزش عددی مرتبه فاکتورهای در روش تاگوچی…. ۹۵

جدول (۵-۴) مدلهای پیشنهادی تاگوچی و نتایج تحلیل عددی…. ۹۷

 

فهرست نمادها

مساحت سطح

Af

ضریب لیفت برای ددرایز صفر درجه

CL0

ضریب لیفت برای ددرابز

ضریب اصطکاک شناور

Cf

ضریب سرعت

CV

عمق غوطه وری شناور

D

درگ اصطکاکی

Df

درگ کل

ثابت تجربی برابر ۷۹۳/۹

E

شار حجمی روی حجم سلول

Ff

سطح آزاد

Fs

عدد فرود عرضی

FrH

عدد فرود طولی

FrL

عدد فرود حجمی

شتاب جاذبه

G

انرژی جنبشی توربولانس

K

انرژی جنبشی توبولانسی در نقطه P نزدیکی دیواره

KP

طول مرکز فشار

LCP

طول مرکز جرم

LCG

سرعت شناور بر حسب نات (گره) دریایی)

VK

طول خط آب‌خور

LWL

تعداد صفحات در بر گیرنده سلول

Nfaces

فشار

P

تولید آشفتگی به علت نیروهای ویسکوز

Pk

مقدار نهایی باقیمانده ها در ناحیه حل

باقیمانده مطلق در نقطه P

ترم چشمه برای اندازه حرکت در راستای i

SMi

مجموع نیروهای حجمی

SM

بردار سرعت

U

مؤلفه‌ی سرعت در جهت x

U

سرعت نوسانی

سرعت جریان متوسط در نقطه P نزدیک دیواره

uP

سرعت نوسانی

سرعت اصطکاکی

U*

مؤلفه‌ی سرعت در جهت y

V

سرعت محلی سیال در هر زمان

V

لزجت گردابه ای

حجم سلول

VP

مؤلفه‌ی سرعت در جهت z

W

فاصله نقطه P در نزدیکی تا دیوار

yP

چگالی

تایع مجموعه تراز

نسیت تراکم حجمی

چگالی مؤثر

لزجت مؤثر

نرخ اتلاف توربولانسی

حجم جابجایی شناور

مقدار  جابجا شده از صفحه f

نقد و بررسی‌ها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “بررسی تاثیر هندسه‌ی تونل در شناورهای بلیدرانر بر روی مشخصه‌های هیدرودینامیکی آن‌ها”
قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...