Topology optimization method applied to laminar flow machine rotor design (2016)
- Authors:
- Autor USP: SÁ, LUÍS FERNANDO NOGUEIRA DE - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: MÉTODOS TOPOLÓGICOS; BOMBAS CENTRÍFUGAS; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; DINÂMICA DOS FLUÍDOS
- Language: Inglês
- Abstract: Máquinas de fluxo são muito importantes para a indústria, sendo utilizadas em diversos processos. Assim, melhorias de desempenho são fatores relevantes e podem ser alcançadas com a utilização de métodos de otimização, como a otimização topológica. Este trabalho visa desenvolver uma metodologia para projetar rotores de máquinas de fluxo radiais que operam em escoamento laminar implementando-se a formulação de otimização topológica baseada no modelo de densidades. O projeto de rotores envolve, primeiramente, a modelagem do escoamento utilizando-se as equações de Navier-Stokes em um referencial rotativo e a utilização do Método de Elementos Finitos para a resolução das equações diferenciais. A distribuição de material no domínio é feita empregando-se um modelo de escoamento em meio poroso baseado nas equações de Darcy, utilizando-se a permeabilidade inversa que interpola o elemento entre sólido e fluido. Na fase de otimização é definida uma função multi-objetivo, que visa minimizar dissipação de energia viscosa, a vorticidade e a potência. O problema de otimização é implementado utilizando-se o ambiente FEniCS para a resolução do sistema de elementos finitos e as bibliotecas dolfin-adjoint e pyIpopt para o algorithmo de otimização. As topologias otimizadas são verificadas com o software ANSYS. As topologias resultantes são pós-processadas para a criação de um modelo CAD dos rotores. Os rotores são construídos utilizando-se a impressão 3D, o protótipo completo é montado acoplando-se um motor elétrico sem escovas e a caracterização experimental é feita medindo-se a vazão e o ganho de pressão dados pelas bombas. Por fim, os resultados experimentais e computacionais são comparados e uma melhoria de desempenho é observada.
- Imprenta:
- Data da defesa: 17.08.2016
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ABNT
SÁ, Luís Fernando Nogueira de. Topology optimization method applied to laminar flow machine rotor design. 2016. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2016. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-16032017-103709/. Acesso em: 26 dez. 2025. -
APA
Sá, L. F. N. de. (2016). Topology optimization method applied to laminar flow machine rotor design (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-16032017-103709/ -
NLM
Sá LFN de. Topology optimization method applied to laminar flow machine rotor design [Internet]. 2016 ;[citado 2025 dez. 26 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-16032017-103709/ -
Vancouver
Sá LFN de. Topology optimization method applied to laminar flow machine rotor design [Internet]. 2016 ;[citado 2025 dez. 26 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-16032017-103709/ - Topology optimization method applied to ventricular assis device impeller and volute design
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