كاهش ميزان افت فشار دهانه ورودي هواي اس‌شكل با بهينه‌سازي به روش الحاقي

Reduced Pressure dro‎p in the Air Inlet using Adjoint Optimization

كانال ورودي هوا يكي از اجزاي اصلي سيستم‌هاي پيشران هواتنفسي است كه وظيفه اصلي آن تأمين جريان هواي مورد نياز موتور به ‌صورت يكنواخت مي‌باشد. در پژوهش حاضر به بهينه‌سازي يك مجراي اس‌شكل جهت ورودي هواي مورد استفاده در موشك‌هاي كروز پرداخته شده است. با استفاده از ابزار بهينه‌سازي الحاقي موجود در نرم‌افزار فلوئنت، در ابتدا روش حل به كمك نتايج آزمون يك مجراي ورودي هم‌كلاس صحه‌گذاري شده است. در صحه گذاري مورد نظر، فشار بازيافت با روش حاضر برابر 0/96 درصد شده كه همخواني خوبي با نتايج حاصل از روش تجربي دارد. در ادامه، مدل‌سازي عددي جريان هوا در مجراي اس شكل موجود انجام شده و سپس با حل عددي معادلات الحاقي، حساسيت تغييرات تابع هدف نسبت به تغيير شكل ديواره ورودي هوا محاسبه شده است. با توجه به قيود هندسي، هدف از بهينه‌سازي، دستيابي به هندسه‌اي مي باشد كه با كمترين تغييرات ابعادي بتواند افت فشار كل را حداقل كرده و دبي موردنياز را تأمين نمايد. در پژوهش حاضر با بهينه‌سازي به روش الحاقي ضمن حذف ناحيه جدايش جريان، مي توان شاهد افت فشار كل از 4/6 درصد به 3 درصد، در طول دهانه ورودي و همچنين رشد دبي هوا از 5/1 به 6/5 كيلوگرم بر ثانيه بود.

The air inlet is one of the main components of propulsion systems, whose main task is to supply the required airflow uniformly.This study aims to optimize an S-type inlet used in cruise missiles. The adjoint optimization tools available in fluent software are used for this purpose. In the first step, the method has been validated experimentally. The recovered pressure for the present study is 0.96 %, which has a good agreement with the results from the empirical method In the following, numerical modeling of the airflow is performed in the existing S-shaped duct. Then, using the numerical solution of the adjoint equations, the sensitivity of the cost function to the deformation of duct walls is calculated. According to geometric constraints, the purpose of optimization is to achieve a geometry that can minimize the total pressure drop by minimum geometry changes and provide the required mass flow rates. In the present work, by removing the flow separation region due to adjoint optimization, the total pressure drop has been reduced from 4.6 to 3 percent, and the mass flow rate has increased from 5.1 to 6.5 kg/s.