عنوان پایان‌نامه
حل مسئله طراحی معکوس مرزی تشعشعی به روشی بر پایه QI
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1754;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 44717
- تاریخ دفاع
- ۳۱ فروردین ۱۳۸۹
- دانشجو
- بهنام مقدسیان
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری
- چکیده
- حل مسئله طراحی معکوس مرزی تشعشعی- جابجایی آزاد در این پروژه مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از انجام این پروژه یافتن توزیع شار حرارتی المان های گر مکننده در یک محفظه مربعی دو بعدی است؛ به گونه ای که توزیع مطلوب دو شرط مرزی دما و شار روی سطح طراحی ب هدست آید. برای انجام فرایند جستجوی تکراری که منجر به یافتن حل بهینه می شود، الگوریتم لونبرگ-مارکار انتخاب شده است. همچنین برای کاهش زمان محاسباتی، ضرائب حساسیت به کمک روش به روز رسانی ترکیبی برویدن محاسبه می شوند. در مسئله مستقیم کوپلینگ بین SIMPLE برای حل معادلات سیال استفاده شده است. روش (FVM) از روش حجم محدود فشار و سرعت را ارضا می کند. گرادیان شار تشعشی، جمله منبع انرژی در معادله انرژی محسوب می شود که با RTE برای حل QL به دست م یآید. در این پروژه از یک روش جدید به نام (RTE) حل معادله انتقال تشعشع در هر گره محاسباتی تنها یک بار برای RTE استفاده شده است. در این روش با معرفی مفهوم وزن فاز، معادله تمامی جهات حل می شود. حالات گوناگون تشعشع سطح- به-سطح و تشعشع در محیط خاکستری، جاذب، صادر کننده و پراکننده تحلیل شده است. برای مسئله مستقیم، تاثیرات عدد ریلی، زاویه محفظه نسبت به افق، ضخامت نوری، البدو پراکنش و تابع پراکنش مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاکی از وابستگی شدید عدد نوسلت و کانتورهای مشخصه سیال به متغیرهای اشاره شده، به ویژه عدد ریلی و ضخامت نوری است. در مسئله معکوس تاثیر تعداد و طول الما نهای گر مکن و طراحی و نیز عدد ریلی و ضخامت نوری مورد بررسی قرار گرفته است. همان طور که نتایج حل معکوس نشان می دهند، در تمامی حالات مقدار تخمین زده شده شار روی سطح حتی از 1 درصد (Erms) طراحی آ نقدر به مقدار مطلوب نزدیک است که ماکزیمم ریشه مجموع مربعات خطا هم کمتر است.
- Abstract
- The inverse boundary design problem of combined natural convection-radiation is considered in this study. The aim of this study is to find the strength of heaters in a square enclosure to produce desired temperature and heat flux distribution on the design surface. The Levenberg-Marquardt algorithm is chosen to perform iterative search procedure for obtaining the optimal solution. Also to reduce the computation time, the sensivity matrix is updated by Broyden combined update method. The direct problem is solved using the Finite Volume Method (FVM) for fluid equations. SIMPLE algorithm is utilized to satisfy pressure-velocity coupling. Gradient of radiative heat flux acts as a source term in energy equation and it is calculated by solving Radiative Transfer Equation (RTE). In this study, a recently developed method, called the QL method is used to solve the RTE. in this method by defining the concept of phase weight, the RTE is solved just one time in each node for all directions. Cases of surface-to-surface radiation and radiation in a grey, emitting, absorbing and scattering media are investigated. For the direct problem, Effects of Rayleigh number, inclination angle of the enclosure, optical thickness, scattering albedo and scattering phase function are studied. The results show a great dependency of the Nusselt number and flow characteristics on the mentioned variables, especially Rayleigh number and optical thickness. For the inverse problem, the effects of number and length of heating and design elements as well as Rayleigh number and optical thickness were considered. The results show that for various cases, estimated heat flux on the design surface can be close to the desired value, so that the maximum root mean square error is less than 1%.
