Topology optimization of compressible subsonic flow considering turbulence and real gases (2022)
- Authors:
- Autor USP: RODRIGUEZ, LUIS FERNANDO GARCIA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: MÉTODOS TOPOLÓGICOS; OTIMIZAÇÃO MATEMÁTICA; TURBULÊNCIA; COMPRESSIBILIDADE DO FLUXO DOS FLUÍDOS; COMPRESSIBILIDADE DOS GASES
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A otimização do fluxo turbulento compressível é fundamental para melhorar o desempenho de turbo-máquinas e dispositivos de fluidos utilizados em tecnologias de transição energética de ponta, como a indústria de captura e armazenamento de CO2. Dos diferentes métodos de otimização de fluxo de fluido, a otimização topológica oferece flexibilidade e robustez no desenho, pois lida com diferentes funções objetivo e independência em domínios iniciais que ajudam a criar domínios inovadores e não intuitivos com splitters e direcionadores de fluidos. O método de otimização topológica é realizado alterando a permeabilidade das células do domínio através da caracterização do escoamento do fluido através da modelagem CFD, que é acoplada a métodos de otimização baseados no cálculo de aquisição de derivadas de um sistema Lagrangiano. Para garantir uma otimização topológica bem sucedida, modelos CFD estáveis a serem empregados, que para escoamento turbulento compressível estão disponíveis em regime subsônico de acordo com a revisão da literatura. Portanto, a presente pesquisa desenvolve a formulação de otimização topológica para escoamento subsônico turbulento compressível, que demanda o uso de efeitos de compressibilidade, influência rotacional e fenômeno de turbulência, além da aquisição do sistema adjunto compressível. A metodologia considera o método dos volumes finitos e a formulação proposta estabelece a minimização da dissipação de energia submetida às equações compressíveis de Favre Averaged Navier-Stokes, a permeabilidade das células de volume e uma restrição de volume. A aquisição do sistema adjunto compressível é estudada simultaneamente em duas abordagens distintas: por meio do sistema direto contínuo e do diferenciador adjunto-automático discreto, este último adaptado e acoplado a aplicações do métodode volumes finitos. Além disso, a influência do otimizador baseado em variáveis de projeto inteiras está incluída, o que apresenta uma vantagem considerável sobre os otimizadores de variáveis de projeto contínuas, comumente usadas. Por fim, é apresentada a otimização considerando uma modelagem de gás real para escoamento subsônico turbulento compressível, onde os efeitos da compressibilidade e da temperatura são englobados pela lei de Peng-Robinson e pela lei de Sutherland. Diferentes testes são realizados em canais e rotores que validam a hipótese mencionada nos domínios 2D e 3D.
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.11.2022
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ABNT
GARCIA RODRIGUEZ, Luis Fernando. Topology optimization of compressible subsonic flow considering turbulence and real gases. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-23052023-080153/. Acesso em: 01 nov. 2024. -
APA
Garcia Rodriguez, L. F. (2022). Topology optimization of compressible subsonic flow considering turbulence and real gases (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-23052023-080153/ -
NLM
Garcia Rodriguez LF. Topology optimization of compressible subsonic flow considering turbulence and real gases [Internet]. 2022 ;[citado 2024 nov. 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-23052023-080153/ -
Vancouver
Garcia Rodriguez LF. Topology optimization of compressible subsonic flow considering turbulence and real gases [Internet]. 2022 ;[citado 2024 nov. 01 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-23052023-080153/
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