طراحی بهینه‌ی پروفیل واگرای یک نازل فرامنبسط با استفاده از هوش مصنوعی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 22 آذر 1401  

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.78011.1134

نویسندگان

سید امین باقرزاده¹؛ سبحان امامی کوپائی ²؛ سید احمدرضا صالحی¹

¹گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

²گروه مهندسی مکانیک، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

مقاله حاضر به طراحی بهینه کانتور یا پروفیل قسمت واگرای یک نازل مافوق‌صوت فرامنبسط به‌منظور دست‌یابی به بیشینه نیروی پیشران ممکن در عین حفظ طول و نسبت مساحت خروجی به گلوگاه نازل می‌پردازد. برای این کار، یک ابزار کارآمد و مطمئن با ترکیب دینامیک سیالات محاسباتی و هوش مصنوعی توسعه داده شده است. در ابتدا، پروفیل مرجع با یک روش ابتکاری و با استفاده از برازش یک بی اسپلاین درجه سوم مدل‌سازی شده و سپس با تغییر نقاط شکست این پروفیل، مجموعه‌ای از پروفیل‌های ممکن تولید شده است. این مجموعه از پروفیل‌ها توسط دینامیک سیالات محاسباتی تحلیل گردیده است. سپس، از هندسه نازل به همراه نیروی پیشران حاصل از پروفیل‌ها برای آموزش شبکه عصبی مصنوعی بهره برده شده است. پس از آن، با به‌کارگیری الگوریتم ژنتیک پروفیل بهینه به‌دست آمد. پیش‌بینی الگوریتم هوش مصنوعی برای نیروی پیشران نازل بهینه با مقدار به‌دست آمده از شبیه‌سازی عددی مقایسه شده که اعتبار رویکرد حاضر را نشان می‌دهد. مقایسه بین پروفیل مرجع و پروفیل بهینه برای نسبت فشار 14، نشان دهنده افزایش 36 درصدی نیروی پیشران و افزایش 138 درصدی ضریب بازیافت فشار سکون است. مقایسه نازل‌ها در شرایط عملیاتی خارج از نقطه طراحی نشان داد که عملکرد نازل بهینه تا نسبت فشار 30 بهتر از نازل مرجع است؛ اما با عبور نسبت فشار نازل از 30، به‌کارگیری نازل بهینه به‌جای نازل مرجع هیچ‌گونه اولویتی ندارد.

کلیدواژه‌ها

نازل همگرا-واگرا؛ بهینه‌سازی؛ شبکه عصبی مصنوعی؛ الگوریتم ژنتیک؛ پروفیل نازل؛ جدایش جریان