Áramlás- és Hőtechnika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
zsűri
Gépész-, Építő-, Építész- és Közlekedésmérnöki
Kutatóhely
Repüléstudományi és Hajózási Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem)
projekt kezdete
2007-07-01
projekt vége
2010-12-31
aktuális összeg (MFt)
6.835
FTE (kutatóév egyenérték)
1.69
állapot
lezárult projekt
magyar összefoglaló
A kutatás során célom egy olyan új, felület-morfológiai eljárás kidolgozása, amely segítségével a mindenkori áramlásnak megfelelően adaptálható az áramlásban elhelyezkedő szilárd falak optimális geometriai kialakítása. A módszer a szilárd fal áramlásra gyakorolt hatásának vizsgálatán alapul, amely szerint szoros összefüggés feltételezhető a globális áramlástani paraméterek és a fal-közeli sebesség- és nyomáseloszlás között. A határrétegen kívüli falfelület mentén előálló sebesség- és nyomáseloszlás-görbék alakja, folytonossága, lokális és globális meredeksége, területe (2D-s alakzatok körüli áramlás esetén) és területének alakja elegendően sok információval rendelkezik az áramlás és a szilárd fal kölcsönhatására vonatkozóan. A kutatás során tehát célom megismerni és feltárni a falfelületek – eloszlásgörbéiben realizálódott és az – áramlásra gyakorolt hatását. Ennek ismeretében evolúciós elméleten alapuló eljárást kívánok kidolgozni az eloszlásgörbék optimalizálására. Az analízis és tervezés iteratív módszerrel történő összekapcsolását követően inverz eljárás segítségével állíthatók elő az eloszlásgörbékhez tartozó áramlási felületek.
angol összefoglaló
The main goal of the research is to develop a new surface-morphing technique, which implies CFD (Computational Fluid Dynamics) and evolution strategy based inverse design method for the adaptation of optimized geometrical structures at different flow conditions in external and internal flows. The procedure is based on a detailed investigation of the effect of solid wall on flow distortion, by which the strong relation is realised between the global flow parameters (e.g. friction force, lift, drag, pressure ratio, loss or pressure recovery coefficient) and pressure or velocity distribution over the solid wall. By imposing global flow parameters, the evolution type optimisation procedure will be used to compute the optimal distribution. In this way the intuitive distribution searching is avoided and inverse method can directly be applied to recover geometry belonging to optimum velocity or pressure distribution. Using this method significant improvements could be performed in design of optimal geometrical shapes.
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
A jelen kutatás célja egy olyan új felület-morfológiai elven működő numerikus áramlástani eljárás kidolgozása, amely képes az áramlást határoló szilárd falak adaptív optimalizálására. A Navier-Stokes és Euler megoldók FORTRAN és C++ környezetben való elkészítését és áramlástani validációját követően az a következtetés vonható le, hogy az összenyomható áramlás modellezése a súrlódás elhanyagolásával is kielégítő eredményt szolgáltat a mérési eredményekkel való összehasonlításakor a vizsgált esetekben. Ezért, az optimalizációs módszer a 2D-s Euler egyenletek strukturált, cellaközpontú véges térfogat elven működő numerikus megoldásán alapul. Az optimalizációs modul első részében állíthatók elő az optimális fali nyomás-eloszlás görbék a végpontokban jelentkező inkonzisztencia (pl. negatív lapátvastagság, nyitott kilépő él) miatt szükséges finomhangolásokkal. A második részben, egy inverz tervező-eszköz segítségével jön létre az a 3-10 iterációt magába foglaló folyamat, amelynek során kialakul az előírt nyomáseloszláshoz tartozó geometria. Az eljárás helyes működésének tesztelése, vagyis a szilárd falak alkalmazástól függő optimális előállítása belső-, külső-, és lapátrácsban kialakult áramlások segítségével történt meg. A módszer a gyakorlati életben jelentősen lerövidítheti az áramlás és teljesítmény szempontjából optimális geometria előállításának irányába tett erőfeszítéseket. Az eljárás pontossága 3D-s kiterjesztéssel és a súrlódás figyelembevételével tovább növelhető.
kutatási eredmények (angolul)
The goal of the present research is to develop a new CFD (Computational Fluid Dynamics) based surface-morphing method for an adaptive optimization of solid walls. After implementing the Navier-Stokes and Euler solvers in FORTRAN and C++ environment, several analyses have been completed for validation. Beside the viscous flow modeling, the result of the inviscid approach also shows acceptable agreement with the measurement in the investigated cases, hence Euler equations are used as governing equations hereafter. Cell centered finite volume method has been implemented with Roe’s approximated Riemann solver, higher order spatial discretization and MinMod limiter for the numerical solution of the non-linear system of the partial differential equations. The optimal pressure distributions are generated in the first part of the optimization module with fine-tuning process to avoid geometry problems such as negative thickness or opening trailing edge. The second part of the optimization procedure forms the desired geometry over an evolution strategy belongs to the optimal pressure distribution by means of an inversed design solver. Generally, the optimum geometry is appeared within 3-10 iteration cycles. The testing of the correct operation of the entire optimization process has been successfully completed for internal, external and cascade flows. The industrial application of the presented method can significantly reduce time, cost and capacity in the pre- and serial developments.
Veress, Á – Felföldi, A. – Gausz, T. – Palkovics L.: Coupled Problem of the Inverse Design and Constraint Optimization, Applied Mathematics and Computation, (under revision) (Proceedings of ESCO 2010 Conference), 2011
Veress, Á. – Gallina, T.: Verification of an Inverse Design Solver by Means of ANSYS CFX, 12th Mini Conference on Vehicle System Dynamics Identification and Anomalies, 2011
Felföldi, A. – Veress, Á.: Optimization of the Pressure Distribution around Airfoils for Inverse Design Method, 17th Hungarian Days of the Aeronautical Sciences, Proceedings on CD (under edition), 2011
Veress, Á. – Felföldi, A. – Gausz, T. – Palkovics, L.: Coupled Problem of the Inverse Design and Constraint Optimization, ESCO 2010 Conference, 2nd European Seminar on Coupled Problems (Proceedings in Journal of Applied Mathematics and Computation), 2011
Veress, Á. – Nagy, A. – Rohács, J. – Palkovics, L.: Implementation, Validation and Testing of an Inverse Design Tool for Redesigning NACA 65-410 Wing Profile, ICNPAA 2010 World Congress, Mathematical Problems in Engineering, Aerospace and Sciences, 2011
Veress, Á – Gallina, T. – Felföldi, A.: Surface Morphing Method for Manifold Shape Optimisation, FISITA 2010 World Automotive Congress, 2010
Veress, Á. – Gallina, T. – Rohács, J.: Modified Soft Solid Wall Convergence Acceleration Technique for 2D Euler Equations, 1st International Conference on Innovative Technologies IN-TECH 2010, 2010
Veress, Á.: Implementation of a Finite Volume Method for Modeling Viscous Compressible Flow, 16th Hungarian Days of the Aeronautical Sciences, Proceedings on CD (ISBN-978-963-420-857-0), 2008
