عنوان پایان‌نامه

طراحی تجزیه و تحلیل تجربی و عددی نوعی بالون هوایی بر اساس شکل ماهی



    دانشجو در تاریخ ۱۵ شهریور ۱۳۹۳ ، به راهنمایی ، پایان نامه با عنوان "طراحی تجزیه و تحلیل تجربی و عددی نوعی بالون هوایی بر اساس شکل ماهی" را دفاع نموده است.


    رشته تحصیلی
    مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
    مقطع تحصیلی
    کارشناسی ارشد
    محل دفاع
    کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2789;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65193
    تاریخ دفاع
    ۱۵ شهریور ۱۳۹۳
    دانشجو
    مهیار ملکی دلارستاقی
    استاد راهنما
    علیرضا ریاسی
    چکیده
    لینک فایل چکیده
    در سال‌های اخیر مهندسی الهام گرفته از موجودات زنده جای خود را در میان شاخه‌های مختلف بیومکانیک بازکرده است و آنالیز حرکت و پیشروی حیوانات نیز از شاخه‌هایی از علم بیومکانیک است که تحقیقات زیادی را در سراسر جهان معطوف خودکرده است. جعبه‌ماهی‌ها به دلیل خصوصیات مناسب حرکتی‌شان چندین سال است که توسط زیست شناسان و مهندسان مکانیک مورد تحقیق و بررسی قرارگرفته‌اند و به خاطر بدنه‌ی خارجی منحصربه‌فردشان کاربردهای مختلفی برایشان تعریف شده است. آنچه در این مطالعه مدنظر بوده استفاده از خصوصیات بدنه‌ی آن‌ها در راستای طراحی بالن‌های هوایی ایستا بوده است. در این پایان نامه نوعی خاص از جعبه‌ماهی به نام Tetrosomus Gibbosus، که تاکنون موردمطالعه قرار نگرفته بود و در سواحل جنوبی کشورمان یافت میشود، با دو روش عددی و آزمایشگاهی بررسی شده است. در بخش آزمایشگاهی هندسه این نوع ماهی با استفاده از روش CMM استخراج و توسط دستگاه CNC ساخته شده است. تجهیزات اندازه گیری بروی مدل نصب و پس از کالیبراسیون تونل باد تست های مربوطه انجام شده است. در قسمت عددی نیز میدان سه بعدی جریان حول مدل با استفاده از نرم افزار CFX شبیه سازی و تحلیل شده است. نتایج نشان میدهد که داده های آزمایشگاهی و تحلیل های عددی تطابق قابل قبولی با یکدیگر دارند. هر دو بررسی نشانگر ضریب درگ پایین و مناسب ماهی می باشند. همچنین مطابق با نتایج عددی، وجود گردابه‌های دوقلوی ستونی ناشی از شکل بدنه‌ی ماهی در لبه‌های بالایی و پایینی آن، سبب پایداری حالت ایستای ماهی می شود. گردابه‌ها همانند بالشتکی از سیال در اطراف ماهی عمل می‌کنند و جهت ماهی را در راستای افقی و رو به جریان حفظ می‌کنند و در صورت تغییر در وضعیت ماهی آن را به وضعیت پایه بازمی‌گردانند. ممان های بازگرداننده‌ی حاصل از این گردابه‌ها، که در تونل باد اندازه گیری شده، سبب بازگشت ماهی به وضعیت تعادل اولیه می شوند. درنهایت با توجه به درگ پایین و نیز وضعیت پایداری بسیار مناسب ماهی استفاده از این شکل بدنه برای ساخت بالن‌های هوایی ایستا توجیه‌پذیر بوده و توصیه می‌شود. واژه‌های کلیدی: جعبه ماهی، بررسی عددی، بررسی آزمایشگاهی، پایداری حرکتی، کشتی فضایی
    Abstract
    In recent years, the Bio-inspired Engineering has been developing among other branches of Biomechanics and Animal Locomotion & Gait Analysis also has gone under lots of attentions and researches all around the world. Because of their amazing movement characteristics, Boxfish have been studies for several years by Biologists and Mechanical Engineers, and because of their unique and unconventional body shapes lots of applications have been found for them. What in this research has been desirable is using their body shape traits as a hint for designing stable airships. In this thesis a specific species of Boxfish, named Tetrosomus Gibbosus, which has never been studied so far and lives in the south coast of Iran, Kharg Island, has been studied using experimental and numerical methods. In experimental part the geometry of the boxfish was extracted by optical CMM and was built by CNC machine. Measurements instruments were installed on the model and after calibration of the wind tunnel the tests were done. In numerical part the 3D analysis of the flow around the fish was done by CFX software. The results show that the numerical data and experimental data have a good accordance with each other. Both of the analysis show the low drag coefficient which is desired for the application. Besides, based on the numerical solution, the existence of the two twin spiral vortices, which are generated because of the body shape and specifically the keels of the fish, has a great influence on the stability of the boxfish. These vortexes act like a cushion made of the fluid around the fish, and made the fish preserve its pose horizontal and facing to the flow, and in any case which the fish is tilted from this situation the vortices could make it back to the stable position. The corrective moments arising from these vortices, which have been measured in wind tunnel, are what make the fish remain in its stable status. Finally, considering the low drag coefficient and specially the natural stability of the fish, usage of body shape of this kind of Boxfishes for design and construction of stable airships is wise, beneficial, and strongly recommended. Keywords: Boxfish, Tetrosomus Gibbosus, movement stability, airship, experimental analysis, numerical analysis