در این پروزه با ساخت اشیا دینامیک در سی شارپ آشنا خواهید شد
نیروی آیرودینامیک به عنوان یکی از نیروهای مقاوم وارد از طرف جاده شناخته می شود . نیروی آیرودینامیک وارد بر خودرو ، با نیروی دراگ و نیروی بالابرنده یا پایین برنده ، گشاور دورانی ، پیچشی و چرخشی و صدا اثر متقابل دارد . این نیروها بر مصرف اقتصادی سوخت ، کنترل کردن خودروو NVH بسیار موثرند .
نیروهای آیرودینامیکی روی خودرو از دو منبع نیروی فشار (دراگ) و اصطکاک چسبنده (گران رو) به وجود می ایند . در ابتدا مکانیک جرین هوا به منظور تشریح ماهینت جریان اطراف بدنه خودرو بررسی می شود سپس ساختار طراحی خودرو برای نمایش اثر کیفی کارکرد آیرودینامیکی مورد مطالعه قرار می گیرد .
مکانیک جریان هوای اطراف خودرو
توده جریان هوای روی بدنه یک خودرو از رابطه بین سرعت و فشار در معادله برنولی به دست می آید .
در فاصله دور از خودرو ، فشار استاتیکی هوا همان فشار محیطی یا فشار با رومتری یا فشار اتمسفری است . فشار دینامیکی به وسیله رابطه سرعت مربوط به دست می آید . رابطه ای که برای تمام خطوط جریان هوایی که به خودرو نزدیک می شوند صادق است . بنابراین فشار کل برای تمام خطوط جریان هوا ثابت است و برابر است با . هنگامی که جریان هوا به خودرو نزدیک می شود توده جریان هوا شکافته می شود که قسمتی به بالای خودرو و بقیه به زیر می روند . در نتیجه یک خط جریان مستقیما به بدنه برخورد می کند و به آن می چسبد (همان جریانی که با سپر خودرو بر خورد کرده ) و سرعت جریان به صفر میل می کند . با سرعت صفر ، فشار استاتیکی در آن نقطه از خودرو برابر خواهد بود و در صورتی که فشار ضربه وارد در این نقطه از خودرو صفر باشد فشار استاتیکی برابر فشار کل خواهد بود .
در نظر بگیرید چه اتفاقی برای جریان روی کاپوت می افتد . در ابتدا خطوط جریان به طرف بالا هدایت می شوند و انحناء خطوط جریان به صورت مقعر به سمت بالاست . در فاصله ای از بالای خودرو برای نیروهای آیرودینامیکی می توان در معادهل برنولی جریان هوا را غیر متراکم فرض کرد در حالی که رابطه مناسب برای جریان هوای متراکم معادله اول است .
این رابطه از به کار بردن قانون دوم نیوتن برای یک پیکر قابل رشد ، و از جریان سیال در یک مدل مناسب به دست آمده است . رفتار معقول (خوش رفتاری) به این معنی است که حرکت جریان هوا به آرامی صورت گیرد و اصطکاک ناچیز و جزئی باشد . برای جریان هوای نزدیک خودروی موتوری می توان از این فرض استفاده کرد . این معادله از مجموع نیروهایی که اثر فشاری روی ناحیه های مختلفی از بدنه سیال دارند به دست آمده است که این اندازه حرکت با تغییر آهنگ زمانی بر حسب سرعت بیان می شود .
هنگامی که جریان هوا به خودرو نزدیک می شود معادله برنولی بیان می کند که مقدار فشار استاتیکی به عالوه فشار دینامیکی هوا مقدار مشخص خواهد بود . تصور کنید که خودرو ساکن است و هوا حرکت می کند (مثل تونل باد) جریان هوا در امتداد خطوطی حرکت می کند که خط جریان نامیده می شود .
خطوط جریان یک دسته خطوطو هوا به شکل لوله جریان هوا هستند . جریان دود د رتونل باد به مرئی شدن لوله های جریان هوا کمک می کند .
در جایی که خطوط جریان مستقیم هستند فشار استاتیکی برابر با فشار محیط خواهد بود . به این خاطر که خطوط جریان به سمت بالا انحنا پیدا کرده اند و برای جلوگیری از نیرویی که مسیر جریان هوا را به سمت بالا هدایت می کند فشار استاتیکی آن نقاط از فشار محیط بیشتر خواهد بود .
ار گفشار استاتیکی بیشتر باشد سرعت کاهی یابد . بر عکس هنگامی که جریان روی کاپوت حرکت می کند (قیمت پایینی انحناء لبه کاپوت) فشار باید از فشار محیط کمتر باشد زیرا جریان هوا انحناء پیدا کرده و سرعت افزایش می یابد . این نقاط در شکل 2 به تصویر کشیده شده اند و جریان هوای اطراف استوانه ای را نشان می دهد .
معادله برنولی چگونگی تغییرات فشار و سرعت را برای توده ی جریان هوای روی بدنه خودرو توضیح می دهد . در صورت عدم وجود نیروی اصطکاک جریان هوا به راحتی از بالای سقف خودرو حرکت کرده و از پشت خودرو پائین می آید و تغییرات فشار در اثر سرعت همان طوری که در جلوی خودرو اتفاق افتاده بود انجام می گیرد .
در این حالت نیروی فشار در پشت خودرو دقیقا معادل نیروی جلو خواهد بود که موجب تولید نیروی مقاوم دراگ می شود .
در شکل 3 به جریان یکنواختی که به لبه تیز بدنه نزدیک می شود توجه کنید .
نزدیک به بدنه تمام لایه های هوا دارای سرعت یکسان هستند ( در نظر بگیرید که جریان آرام خوش رفتار است ) هنگامی که جریان از روی بدنه می گذرد و به سطح برخورد می کند به علت اصطکاک سطح سرعت به سمت صفر کاهش پیدا می کند .
بنابراین بروفیل سرعت نزدیک سطح گسترش می یابد و برای بعضی از فواصل سرعت از سرعت جریان اصلی هم کمتر است . منطقه ای که سرعت در آن کاهش یافته ، به ناحیه لایه مرزی معروف است . لایه مرزی با ضخامت صفر شروع به تشکیل کرده و در طول بدنه افزایش می یابد در ابتدا این جریان از نوع جریان آرام است ولی ناگهان تبدیل به جریان آشفته می شود.
توزیع فشار روی خودرو
یک مکانیزم کلی برای توزیع فشار استاتیکی در امتداد بدنه خودرو در نظر گرفته می شود .ش کل 5 نشان دهنده اندازه گیری تجربی فشار عمودی روی سطح است . فشارهای منفی یا مثبت با توجه به فشار محیطی در روی بعضی از نقاط خودرو مشخص شده اند .
هنگامی که جریان هوا روی خودرو می چرخد و به صورت افقی در طول کاپوت حرکت می کند ، فشار منفی بر روی قسمت لبه جلویی کاپوت خودرو ایجاد می شود . گرادیان فشار مخالف در این منطقه دارای این توانایی است که جریان لایه مرزی را که موجب به وجود آمدن نیروی دراگ در این ناحیه می شود ساکن کند . در چند سال گذشته نصب قطعه کوچکی در جلوی خط کاپوت دارای ارجحیت بوده زیرا موجب جلوگیری از جداشدن جریان در روی کاپوت و کاهش نیروی دراگ می شود .
نزدیک برف پاکن ها و جلوی اتاق خودرو جریان باید به طرف بالا خم شود ؛ بنابراین فشار زیادی تولید می شود این منطقه فشار قوی منطقه مناسبی برای دخالت هوا در سیستم های کنترل هوا یا ورودی هوا به طرف موتور است و در گذشته برای این منظور در اکثر خودروها از این منطلب استفاده می شده است .
فشار زیاد همراه با سرعت کم در این منطقه ایجاد می شود و موجب می شود که برف پاکن ها از گزند نیروی آیرودینامیک در امان باشند . در بالای سقف خودرو هنگامی که جریان از خط سقف عبور می کند فشار دوباره منفی می شود .
یک نمونه کلی برای جریان هوا بر روی خودرو و اطراف آن در شکل 6 نشان داده شده است . جریان اطراف خودرو به سمت منطقه کم فشار در قسمت عقب کشیده می شود و ترکیب این جریان با جریانی که از سقف عبور می کند باعث ایجاد جریانهای حلقوی عقب خودرو می شود .
انتخاب شیب اتاق عقب و همچنین طول صندوق عقب خودرو ، رابطه مستقیمی با نیروی آیرودینامیکی – که از طریق نقطه جدایش ایجاد می شود – دارد . جدایی باید در نقاط مشخص و محدودی روی دهد هر چند این ناحیه کوچکتر باشد نیروی مقاوم کمتر می شود . به صورت تئوری یک شکل ایده آل برای عقب خودرو از نظر ایرودینامیکی شکلی شبیه به قطره اشک است .
این شکل مثل یک مخروط است که راس ان زاویه ای کمتر از 15 درجه یا برابر 15 درجه داشته باشد . این نکته در دهه 1930 کشف شد . به خاطر اینکه نوک مخروط بسیار کوچک است انتهای خودروی ایده آل بدون ناحیه جدایی بزرگی برش زده می شود .
با صاف کردن شکل انتهای خودرو ، ارتفاع برای صندلی عقب بیشتر می شود بدون اینکه نیروی دراگ قابل ملاحظه ای تولید شود . اسم این مشخصه از عبارت « کام بک » به دست آمده است . از آنجایی که اندازه منطقه جدایش روی نیروی مقاوم آیرودینامیک تاثیر مستقیم دارد دامنه جریانی که به قسمت عقب خودرو و برای چرخش به سمت پائین آن فشار می آورد بر نیروی بالا برنده آیرودینامیکی در عقب تاثیر می گذارد . شکل (8-4) اثر نیروی آیرودینامیکی بالا برندهن را نشان می دهد که بر روی عقب خودرو تاثیر می گذارد . شکل 7 اثر نیروی آیرودینامیکی بالا برنده و نیروی دراگ را برای انواع مختلف خودرو نشان می دهد . کنترل جریانی که منطقه جدایش را کاهش می دهد موجب تولدی نیروی آیرودینامیکی بالا برنده بیشتری در عقب خودرو می شود زیرا همان طور که جریان کاهش می یابد فشار هم کم می شود .
پدیده جدایش که در لبه عقبی سقف اتفاق می افتد شدیدا به شکل جایی که اتفاق می افتد و زاویه اتاق عقب بستگی دارد . برای شکل سمت چپ لبه تیز در روی خط سقف باعث گسترش جدایی در این محل می شود هنگامی که یک مرز جدایی کامل و مشخص به کوچک شدن مخروط ایرودینامیک کمک کند با دخالت اتاق عقب در منطقه جدایی میزان نشست گرد و غبار روی شیشه ها افزایش می یابد . در حالی که خودرویی که در سمت راست قرار دارد از نظر زاویه اتاق عقب نیز مناسب است به آرامی جریان هوا را به عقب سقف انتقال می دهد و علاوه بر این یک صندوق عقب کوچک باعث می شود که جریان هوا از اطراف خودرو به پائین بیاید . منطقه جدایی کاملا به وسیله کناره های تند و تیز انتهای صندوق مشخص می شود و به ثبات منطقه جدایی و کوچک کردن شکل مخروط کمک می کند با این طراحی مفقط چراغهای عقب در معرض گردو خاک جاده است .
نیروهای آیرودینامیکی
در نتیجه عکس العمل متقابل بدنه خودرو و جریان هوا نیروها و گشتاورها ایجاد می شوند . این نیروها را می توان به صورت سینماتیک به عنوان سه ینرو و سه گشتاور مانند شکل 9مشخص کرد که این گشتاور ها و نیروها حول محورهای اصلی خوردو عمل می کنند . این عکس العملها به شرح زیراند .
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 26 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
(آموزش lammps) در این آموزش مولکول DNA را به روش دینامیک مولکولی در داخل آب و یون شبیه سازی کردیم. در مورد مولکول دی ان آ توضیحاتی داده ایم. نحوه تولید دیتا فایل و فایل ورودی گام به گام توضیح داده شده است. در آخر سر از برنامه اجرا گرفته و با استفاده از VMD آن را نمایش داده ایم. میدان نیرو چارم (Force Field CHARMM) در این شبیه سازی استفاده شده است. مدل آب نیز TIP3P می باشد. طول فیلم ۵۰ دقیقه با کیفیت HD می باشد.این آموزش توی لینوکس ابونتو تهیه شده و قابل انجام است. تاریخ انتشار ۱۶ فروردین ۱۳۹۵
تعداد صفحات : 188
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
فهرست مطالب :
ویژگیهای میدان های جریان در توربو ماشین ها:
ویژگیهای اساسی جریان:
جریان در دستگاههای تراکمی:
مقدمه:
جریان در کمپرسورهای سانتریفوژ:
جریان در سیستم های انبساطی:
توربین های محوری از یک یا چند طبقه از استاتور و روتور برای انبساط
جریان در توربینهای شعاعی
مراحل مختلف مدلسازی مرتبط با فرآیند طراحی
مدلسازی جریان برای پروسس طراحی جزء به جزء
قابلیتهای حیاتی برای تجهیزات آنالیز جریان در توربو ماشینها.
معادلات حاکم و شرایط مرزی
مدلسازی اغتشاش و انتقال:
تحلیل ناپایداری و اثر متقابل ردیف پره ها:
تکنیک های حل عددی:
مدل سازی هندسی :
ملاحظات مربوط به قبل و بعد از فرآیند:
انتخاب ابزار تحلیلی:
مسیرهای پیش رو در طراحی قطعه:
مراجع :
تست عملکرد اجزا:
عدد رینولدز:
تست عملکرد توربو ماشین ها:
روش تحلیل تست:
روش تست کردن:
اطلاعات عملکردی مورد نیاز:
اندازه گیری های مورد نیاز:
طراحی ابزار و استفاده از آنها:
اندازه گیری های فشار استاتیک:
اندازه گیری های درجه حرارت کل:
بررسی های شعاعی:
سرعتهای چرخ روتور:
اندازه گیریهای گشتاور:
اندازه گیریهای نرخ جریان جرم:
اندازه گیریهای دینامیکی:
شرایط محیطی:
سخت افزار تست:
ملاحظات طراحی وسایل:
نیازهای وسایل:
ابزارآلات بازده:
اندازه گیریهای فشار
اندازه گیریهای زاویه جریان
روشهای تست و جمع آوری اطلاعات
در طی آزمون:
روشهای آزمون:
ارائه اطلاعات:
تحلیل و کاهش اطلاعات:
پارامترهای بازده:
مشخص کردن حاشیه استال (stall margin)
مراجع
جریان در فن ها و کمپرسورهای محوری:
مقدمه:
در طراحی کنونی توربو ماشینها، و بخصوص برای کاربردهای مربوط به موتورهای هواپیما، تاکید اساسی بر روی بهبود راندمان موتور صورت گرفته است. شاید بارزترین مثال برای این مورد، «برنامه تکنولوژی موتورهای توربینی پر بازده مجتمع» (IHPTET) باشد که توسط NASA و DOD حمایت مالی شده است.
هدف IHPTET، رسیدن به افزایش بازده دو برابر برای موتورهای توربینی پیشرفته نظامی، در آغاز قرن بیست و یکم می باشد. بر حسب کاربرد، این افزایش بازده از راههای مختلفی شامل افزایش نیروی محوری به وزن، افزایش توان به وزن و کاهش معرف ویژه سوخت (SFC) بدست خواهد آمد.
وقتی که اهداف IHPTET نهایت پیشرفت در کارآیی را ارائه می دهد، طبیعت بسیار رقابتی فضای کاری کنونی، افزایش بازده را برای تمام محصولات توربو ماشینی جدید طلب می کند. به خصوص با قیمتهای سوخت که بخش بزرگی از هزینه های مستقیم بهره برداری خطوط هوایی را به خود اختصاص داده است، SFC، یک فاکتور کارایی مهم برای موتورهای هواپیمایی تجاری می باشد.
اهداف مربوط به کارایی کلی موتور، مستقیما به ملزومات مربوط به بازده آیرودینامیکی مخصوص اجزاء منفرد توربو ماشین تعمیم می یابد. در راستای رسیدن به اهداف مورد نیازی که توسط IHPTET و بازار رقابتی به طور کلی آنها را تنظیم کرده اند، اجزای توربو ماشینها باید به گونه ای طراحی شوند که پاسخگوی نیازهای مربوط به افزایش بازده، افزایش کار به ازای هر طبقه، افزایش نسبت فشار به ازای هر طبقه، و افزایش دمای کاری، باشند.
بهبودهای چشمگیری که در کارایی حاصل خواهد شد، نتیجه ای از بکار بردن اجزایی است که دارای خواص آیرودینامیکی پیشرفته ای هستند. این اجزا دارای پیچیدگی بسیار بیشتری نسبت به انواع قبلی خود هستند که شامل درجه بالاتر سه بعدی بودن، هم در قطعه و هم در شکل مسیر جریان می باشد.
میدان های جریان مربوط به این اجزا نیز به همان اندازه پیچیده و سه بعدی خواهد بود. از آنجایی که درک رفتار پیچیده این جریان، برای طراحی موفق چنین قطعاتی حیاتی است، وجود ابزارهای تحلیلگر کارآتری که از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) بهره می برند، در پروسه طراحی، اساسی می باشد.
در گذشته، طراحی قطعات توربو ماشین ها با استفاده از ابزارهای ساده ای که بر اساس مدلهای جریان غیر لزج دو بعدی بودند کفایت می کرد. اگرچه با روند کنونی به سمت طراحی ها و میدانهای جریان پیچیده تر، ابزارهای پیشین دیگر برای تحلیل و طراحی قطعات با تکنولوژی پیشرفته مناسب نیستند. در حقیقت جریانهایی که با این قطعات برخورد می کنند، به شدت سه بعدی (3D)، ویسکوز، مغشوش و اغلب با سرعت ها ، در حد سرعت صوت می باشند. این جریان های پیچیده، قابل فهم و پیش بینی نیستند، مگر با بکار بردن تکنیک های مدلسازی که به همان اندازه پیچیده هستند. برای پاسخگویی به نیاز طراحی چنین قطعاتی، ابزارهای CFD پیشرفته ای لازم است که قابلیت تحلیل جریانهای سه بعدی، لزج و در محدوده صوتی، مدل سازی اغتشاش و انتقال حرارت و برخورد با پیکربندی های هندسی پیچیده را داشته باشد. علاوه بر این، جریانهای گذرا (ناپایا) و تعامل ردیفهای چندگانه تیغه ها باید مورد ملاحظه قرار گیرد.
هدف این فصل این است که بازنگری مختصری از مشخصات جریان در انواع مختلف قطعات توربوماشینها ارائه داده و نیز خلاصه ای از قابلیتهای تحلیلی CFD که مورد نیاز برای مدل کردن چنین جریانهایی هستند را بیان کند.
پروژه کامل و آماده بطری طراحی شده در نرم افزار کتیا