Adjoint Oppervlakte Optimalisatie, voor interne en externe aerodynamicatoepassingen, met behulp van OpenFOAM

Ontwikkelingen in de industrie worden de dag van vandaag steeds meer ondersteund door computergestuurde optimalisatiealgoritmes om het ontwikke-lingsprocess te versnellen. Huidige ontwerpen benaderen tegenwoordig hun optimale configuratie in die mate dat de uitdaging ligt bij het verkrijgen van de laatste percentages aan verbetering en dit zonder in te boeten aan industriële ontwikkelingstijd. Deze thesis stelt een methode voor die hiervoor gebruikt kan worden. Voor deze methode wordt eerst de klassieke adjoint vorm-optimalisatie toegepast op het stromingsveld verkregen door de Reynolds-averaged Navier-Stokes-vergelijkingen. Hierdoor wordt een intitieel optimaal design verkregen aan een lage rekenkost. Hoewel deze oplossing het ontwerp kan verbeteren, kan het ook zorgen voor een verkeerde voorspelling van het stromingsveld. Het is daarom van cruciaal belang om de optimalisatie van het ontwerp te sturen met een correct stromingsveld om tot het meest optimaal ontwerp te komen, hiervoor is dus een nauwkeurigere berekening van het stromingsveld nodig. Dit nauwekeurig stromingsveld kan verkregen worden door Large Eddy Simulaties in het optimalisatieproces te betrekken, waarbij gekende problemen van convergentie van het chaotisch stromingsveld vermeden worden. De rekenkost van deze Large Eddy Simulaties voor het verkrijgen van een nauwkeuriger stromingsveld kunnen tot een minimum beperkt worden door gebruik te maken van een gradiënt-methode. Bij deze laatst vernoemde methode wordt de ajoint vorm-optimalisatie gebruikt om de gradiënt van de objectieffunctie te beoordelen. De berekende gradiënten zijn verbonden aan een knoop-gebaseerde routine, dit zorgt voor een grote vormvrijheid. Verder wordt er ook een robuste rooster-vervormer geïntegreerd die zorgt voor automatisch opeenvolgende vormaanpassingen. Deze optimalisaties houden rekening met begrenzingen en beperkingen van het ontwerp. Tenslotte wordt de haalbaarheid van het finaal ontwerp gegarandeerd door het toepassen van een vereffener waardoor externe ruwe oppervlaktes vermeden worden. De bovengenoemde routines zijn getest op het optimalisatieproces van een U-bocht waarbij de drukverliezen tot een minimum beperkt moeten worden om zo een verhoogde prestatie te garanderen in een gasturbine. De resultaten hiervan zijn vergeleken met de bevindingen van experimenten om de nauwkeurigheid van de numerieke simulaties na te gaan.