Topology optimization applied to supersonic inviscid compressible fluids (2022)
- Authors:
- Autor USP: YAMABE, PAULO VINÍCIUS MIYUKI - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: MÉTODOS TOPOLÓGICOS; DINÂMICA DOS FLUÍDOS; MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: A área da engenharia possui grande interesse no estudo de equipamentos que lidam com fluidos compressíveis, podemos citar como exemplo o escoamento ao redor de perfis de asa, de pontes, e edifícios, ou ainda o escoamento dentro de bocais, turbinas, compressores, entre outros. O uso de simulações computacionais durante a fase inicial de projeto desses equipamentos tornou-se essencial, por causa da flexibilidade na análise de diferentes condições de operação antes da construção efetiva de um protótipo, o que diminui o custo e evita a realização de experimentos desnecessários. Uma ferramenta computacional que vem sendo bastante utilizada durante a fase de projeto é a chamada Otimização Topológica (OT), que é capaz de gerar geometrias não intuitivas que otimizam o dispositivo para uma dada função objetivo ou de mérito. A principal vantagem da OT é obter uma geometria otimizada, mesmo nos estágios iniciais do projeto. A OT foi aplicada com sucesso em outras áreas, como na análise estrutural, dispositivos térmicos, entre outras. Todavia, em problemas de escoamento de fluidos esta metodologia tem sido majoritariamente aplicada a problemas considerando fluidos incompressíveis. Portanto, o principal objetivo desta tese é desenvolver uma metodologia para aplicar a OT em escoamentos compressíveis invíscidos supersônicos. Neste trabalho o método escolhido para a resolução das equações governantes é o Método de Elementos Finitos por Mínimos Quadrados, ou em inglês Least-Squares Finite Element Method (LSFEM), as sensibilidades são calculadas utilizando o Método Adjunto, a atualização das variáveis de projeto é feita usando a Otimização Topológica de Estruturas Binárias, ou em inglês Topology Optimization of Binary Structures (TOBS), utiliza-se também um algoritmo para a identificação e suavização do contorno para cadaiteração da otimização. O escopo deste trabalho é utilizar a OT para o caso de escoamentos supersônicos em bocais bidimensionais considerando as hipóteses de fluido compressível invíscido e gás perfeito. O programa computacional foi desenvolvido em linguaguem de programação Python, com o auxílio das bibliotecas livres FEniCS e pyadjoint, o otimizador binário utilizado foi o CPLEX. A metodologia proposta demonstrou-se robusta e gerou resultados otimizados de um bocal convergente-divergente com a presença de uma onda de choque normal.
- Imprenta:
- Data da defesa: 21.10.2022
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ABNT
YAMABE, Paulo Vinícius Miyuki. Topology optimization applied to supersonic inviscid compressible fluids. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06052024-091427/pt-br.php. Acesso em: 27 dez. 2025. -
APA
Yamabe, P. V. M. (2022). Topology optimization applied to supersonic inviscid compressible fluids (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06052024-091427/pt-br.php -
NLM
Yamabe PVM. Topology optimization applied to supersonic inviscid compressible fluids [Internet]. 2022 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06052024-091427/pt-br.php -
Vancouver
Yamabe PVM. Topology optimization applied to supersonic inviscid compressible fluids [Internet]. 2022 ;[citado 2025 dez. 27 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-06052024-091427/pt-br.php
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