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Otimização topológica para escoamento compressível turbulento usando uma formulação de Galerkin descontínuo de ordem igual, e métodos de Runge-Kutta

Processo: 23/10817-6
Modalidade de apoio:Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 30 de janeiro de 2024
Vigência (Término): 29 de janeiro de 2025
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Pesquisador responsável:Julio Romano Meneghini
Beneficiário:Diego Hayashi Alonso
Supervisor: Patrick Emmet Farrell
Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Local de pesquisa: University of Oxford, Inglaterra  
Vinculado à bolsa:22/07937-7 - Método de otimização topológica para escoamento turbulento com aplicação em selos labirinto do tipo helicoidal, BP.PD
Assunto(s):Turbulência   Otimização topológica   Método de Galerkin   Método de Galerkin descontínuo
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:Escoamento turbulento | Fluido compressível | Formulação de Galerkin descontínuo | Métodos de Runge-Kutta | otimização topológica | Otimização topológica

Resumo

Este trabalho está inserido no projeto "Projeto de selos labirintos inteligentes para mitigação de emissões de GEE em máquinas pneumáticas (compressores e turbinas)", que está sendo desenvolvido no Research Centre for Greenhouse Gas Innovation (RCGI), número FAPESP 2014/50279-4. Uma fonte importante de emissão de GEE (Gases de Efeito Estufa) é o vazamento em turbomáquinas, que está diretamente relacionado à vedação. Em particular, selos labirinto são selos sem contato altamente usados na indústria. Quando se consideram movimentos de alta rotação e altas pressões de operação, o que significa o surgimento de maiores efeitos do movimento rotativo, da turbulência e da compressibilidade, torna-se cada vez mais difícil restringir o vazamento, e isso também se torna um desafio para a simulação e a formulação de otimização topológica. Não obstante, efeitos transientes podem estar presentes na dinâmica do escoamento de fluido, o que ocorre sempre que há partes rotativas e estacionárias, aumentando a complexidade. Além disso, sendo um problema complexo, é importante torná-lo eficiente. Assim, esta proposta visa inicialmente investigar se uma formulação de Galerkin descontínuo pode ser mais interessante para o modelo de elementos finitos para escoamento compressível turbulento no framework do FEniCS TopOpt Foam (ALONSO et al., 2021), que usa o OpenFOAM® para a simulação eficiente de escoamento de fluido e FEniCS/dolfin-adjoint para o modelo adjunto eficiente. Note que isso permitiria conectar o OpenFOAM® e o FEniCS de forma mais eficiente e menos aproximada. Depois, é proposto considerar escoamento compressível turbulento transiente via métodos de Runge-Kutta, o que seria feito estendendo o FEniCS TopOpt Foam, que atualmente só funciona para escoamento em regime permanente. Para finalizar, a implementação numérica também deve incluir a inclusão de compatibilidade para o FEniCS TopOpt Foam usar o Firedrake também, ao invés de somente o FEniCS, porque usar o Firedrake pode permitir maior estensibilidade e flexibilidade para o framework de otimização topológica. (AU)

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