جناب آقای مهندس میلاد نادری دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران، از رساله خود با عنوان « مطالعه برهمکنش سیال-سازه جریان عبوری از روی سازه های مجاور و نصب شده بر دیوار »‏‎ ‎به راهنمایی جناب آقای دکتر سیدمحمد هاشمی نژاد در تاریخ 1404/12/05 ساعت 15:00 دفاع خواهد نمود‎.

استاد راهنما: دکتر سیدمحمد هاشمی نژاد

استاد مشاور: دکتر یاسین معصومی 

اساتید داور داخلی: دکتر حجت قاسمی / دکتر مجید سیاوشی

اساتید داور خارجی: دکتر حسن قاسمی / دکتر مهرداد رئیسی دهکردی

در این رساله، مجموعه‌ای از مطالعات عددی جامع و گام‌به‌گام به‌منظور توسعه و بهینه‌سازی سامانه‌های کنترل و برداشت انرژی از ارتعاشات ناشی از جریان (FIV) در پیرامون استوانه‌های نزدیک بستر در جریان‌های آشفته ارائه شده است. در گام نخست، یک روش نوین برای کنترل پدیده‌ی ارتعاشات ناشی از گردابه (VIV) یک استوانه دایره ای کشسان مجاور دیواره تحت جریان عرضی آشفته با Re=〖10〗^4 در بازه سرعت های کاهش یافته 2≤U^*≤9 معرفی و تحلیل شده است. راهبرد کنترلی شامل استفاده از یک ورق صلب یا انعطاف‌ پذیر (هوشمند) پیزوالکتریک نصب‌شده در پایین دست استوانه است و شبیه‌سازی‌ها در چارچوب یک مدل جفت‌شده ی دوطرفه‌ی چندفیزیکی شامل حل گر المان محدود برای سازه و حل گر حجم محدود برای سیال انجام گرفته‌اند. نتایج بدست آمده کاهش بیشینه جابجایی استوانه (تا حدود 96 درصد) در حالت قفل‌شدگی VIV را نشان می دهد که این امر می‌تواند عمر خستگی سازه را تا 99 درصد افزایش دهد، همچنین با جایگزینی ورق کنترلی صلب (غیرفعال) با یک ورق انعطاف‌پذیر پیزوالکتریک، عملکرد کلی کاهش ارتعاشات، به‌طور محسوسی بهبود می یابد. هدف گام دوم رساله، توسعه‌ی سامانه‌ای دو منظوره با قابلیت همزمان برداشت انرژی و کنترل ارتعاشات برای تأمین انرژی شبکه‌های حسگر بی‌سیم زیرآبی (UWSNs) و سامانه‌های اینترنت اشیاء زیرآبی (IoUTs) می باشد. در این راستا، یک پیکربندی ترکیبی نوین شامل استوانه‌ی کشسان نزدیک دیوار مجهز به یک مبدل الکترومغناطیسی (EM) با یک ورق برداشت کننده پیزوالکتریکی (PVDF) در پایین دست نصب شده بر دیوار در بازه عدد رینولدز 5×〖10〗^3≤Re≤3×〖10〗^4 طراحی و شبیه‌سازی گردیده است. نتایج حاصله نشان می دهند که میانگین توان برداشت‌شده سیستم ترکیبی حاضر در حالت قفل‌شدگی در Re=〖10〗^4 حدود 66 درصد و در بالاترین عدد رینولدز بررسی‌شده (Re=3×〖10〗^4) تا 92 درصد بیش از مجموع ریاضی توان حاصل از دو سامانه‌ی منفرد EM و PVDF است. این افزایش غالباً ناشی از اثرات هم‌افزایی میدان جریان بین دو مبدل و برهم‌کنش هیدرودینامیکی بین آن‌ها می باشد. در گام سوم، عملکرد یک برداشت‌کننده‌ی انرژی استوانه‌ای مجهز به دو میله‌ی کمکی ثابت یا چرخان با زوایای گوناگون (θ_0=30°, 60°, 90°, 120°) و سرعت زاویه‌ای 0≤ω_R≤8 رادیان بر ثانیه در شرایط جریان کم‌عمق واقعی (U_∞=1m/s,H=1.5m,Re=3×〖10〗^5,Fr=0.58)، به‌منظور توسعه‌ی سامانه‌های برداشت انرژی مقیاس کوچک، مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌های دوبعدی گسترده در این بخش آشکار می کنند که افزودن میله‌های کمکی ثابت می‌تواند توان خروجی سیستم را در بهینه ترین زاویه آن تا 56 درصد نسبت به استوانه منفرد افزایش دهد. علاوه براین، در صورت چرخش این میله ها در بهینه‌ ترین سرعت، توان خروجی تا حدود 109 درصد افزایش می یابد. در مجموع، نتایج این رساله اثبات می کند که ترکیب روش‌های کنترل غیرفعال و فعال با سازوکارهای برداشت انرژی الکترومغناطیسی و پیزوالکتریک می‌تواند به‌طور چشمگیری بازدهی، پایداری و قابلیت کاربرد سامانه‌های انرژی سبز مبتنی بر ارتعاشات ناشی از گردابه را در مقیاس‌های گوناگون، از بسترهای دریایی تا جریان‌های کم‌عمق سطحی، بهبود بخشد.

کلمات کلیدی:

برهمکنش سیال-سازه، ارتعاشات ناشی از گردابه، برداشت ترکیبی انرژی، مبدل الکترومغناطیس، برداشت کننده پیزوالکتریک، کنترل فعال و غیرفعال، میله چرخان، کشاورزی هوشمند