10645

10645

طراحي بهينه توربين محوري كوچك

كارشناسي ارشد

مكانيك

آبان 1391

آبان 1391

دكتر شهرام درخشان

در اين پاياننامه تلاش شده است يك ماشين توليد انرژي ارزان قيمت با بازده مناسب را براي مناطقي كه امكان استفاده از شبكه برق سراسري را ندارند اما پتانسيل آبي كوچك قابل بهره برداري (ارتفاع آبي كم و دبي متوسط) را دارا مي باشند طراحي كرده و سپس بهينه سازي گردد. روش اوليه طراحي بر اساس روش هاي كلاسيك موجود انجام گرفته است. بعد از طراحي اوليه براي مدلسازي هندسه، نرم افزاري تدوين شد تا با داشتن ارتفاع و دبي آب بتوان شكل هندسي سهبعدي آن را در نرم افزار كتيا مشاهده كرد كه اينكار با كد نويسي در نرم افزار متلب،اكسل و كوپل كردن آن با نرم افزار كتيا انجام گرفت. در مرحله بعدي براي اطمينان از عملكرد مدل طراحي، هندسه در نرم افزار نومكا شبيهسازي گرديد، لازم به ذكر است براي اعتبارسنجي هندسه توربيني كه توسط شركت كيان توربوپارس ساخته و تست گرديده بود در نرم افزار شبيه سازي شد كه نتايج حل عددي تطابق مناسبي را با اطلاعات تجربي نشان دادهاند. اما در ادامه براي دستيابي به بازدهي بيشتر هندسه اوليه بهينه سازي شد تا راندمان هيدروليكي توربين محوري با طراحي بهينه شكل هندسي رانر افزايش يابد. تغيير شكل هندسي پره رانر به وسيله تغيير در سه مقطع انتخابي روي آن انجام گرفت كه منجر به توليد هندسههاي مختلف گشت. براي يافتن هندسه بهينه از الگوريتم ژنتيك استفاده شد. اين الگوريتم براي يافتن جواب بهينه نياز به مقدار تابع هدف براي تكتك هندسههاي جديد ايجاد شده در فرايند بهينه سازي دارد. براي تعيين تابع هدف براي هر هندسه نياز به حل ميدان جريان سيال در هر هندسه ميباشد. به همين دليل بهينهسازي شكل با اين الگوريتم هزينه بالايي دارد. براي حل اين مشكل در اين پاياننامه از شبكه عصبي در كنار الگوريتم ژنتيك استفاده شد. با ايجاد پايگاه دادهاي از هندسههاي مختلف كه با تغيير در هندسه اوليه ايجاد شدهاند، شبكه عصبي آموزش ديد. پس از آن مقدار تابع هدف به جاي حل جريان سيال به وسيله شبكه عصبي آموزش ديده تعيين گرديد. با انتخاب توابع هدف مختلف سعي در يافتن هندسه بهينه با بهترين بازده هيدروليكي شد. به اين ترتيب توابع هدف گوناگون بررسي شد و هندسه بهينه بدست آمد. كه در نهايت بهترين تابع هدف كه به صورت تركيبي از ارتفاع و راندمان بود و منجر به افزايش بازده مطلوب گشت، انتخاب گرديد و به همراه تفاوتهاي هندسه اوليه و بهينه به تفصيل در پاياننامه شرح داده شده است. واژههاي كليدي: طراحي توربين محوري، بهينه سازي، الگوريتم ژنتيك، نرم افزار طراحي