Otimização topológica de perda de carga utilizando CFD

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nogueira, Vinicius Lopes, 1994-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640031
Resumo: Orientador: Rogério Gonçalves dos Santos
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spelling Otimização topológica de perda de carga utilizando CFDTopological optimization for head loss reduction using CFDSimulaçãoMecânica dos fluidosFluidodinâmica computacionalOtimização topológicaSimulationFluid mechanicsComputational fluid dynamicsTopological optimizationOrientador: Rogério Gonçalves dos SantosDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: No presente trabalho buscou-se simular e otimizar a geometria de canais para que o escoamento em regime laminar de fluído incompressível através deste tivesse a menor perda de carga quando comparado a um canal não otimizado. Foram otimizadas três geometrias diferentes, com diferentes números de Reynolds, o degrau, o cotovelo e o cano duplo. Para simulação do escoamento foi utilizado um código CFD em linguagem Fortran que resolve as equações de Navier-Stokes em duas dimensões para fluidos newtonianos incompressíveis. O código utilizado trabalha com volumes finitos, o método UNIFAES e o acoplamento pressão-velocidade através da equação de Poisson. Ele está paralelizado através do uso de openmp. A otimização acontece através de uma técnica conhecida como otimização topológica, onde as características geométricas do canal são alteradas pela mudança na disposição do material que compõe o mesmo. No presente trabalho a otimização buscou eliminar as zonas de recirculação e estagnação do escoamento, assim reduzindo a perda de carga causada por estas. Diferentes geometrias foram simuladas a fim de encontrar geometrias otimizadas, e ao final do experimento os resultados de perda de carga foram analisados para checar sua concordância com resultados encontrados em literatura. Em alguns dos casos estudados a redução da perda de carga foi de mais de 90%Abstract: The present work aimed to simulate and optimize a channel¿s geometry so that the laminar and incompressible fluid flow presented less head loss when compared to the non-optimized geometries. Three geometries were optimized, with different Reynolds numbers, the backwards facing step, the pipe bend and the double pipe. To simulate the fluid flow, a Fortran CFD code was used to solve the Navier-Stokes equations in two dimensions for incompressible Newtonian fluids. The CFD code utilizes the finite volumes method, the UNIFAES technique, and the pressure-velocity coupling is done using the Poisson equation. This program is parallelized with openmp. The optimization technique used is known as topology optimization, which consists of changing the channel geometry by relocating the materials present in the domain. The analyzed channels were optimized by removing recirculation and stagnation zones and thus reducing head loss in the fluid flow. Different initial geometries were tested to achieve optimized geometries. Finally, the results for total head loss were analyzed and compared with results found in the literature. In some cases, the head loss values found were 90% smaller than the ones in the original geometriesMestradoTérmica e FluídosMestre em Engenharia MecânicaCNPQ130640/2019-0[s.n.]Santos, Rogério Gonçalves dos, 1978-Figueiredo, José RicardoVianna, Sávio Souza VenâncioUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASNogueira, Vinicius Lopes, 1994-20202020-01-29T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online ( 89 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640031NOGUEIRA, Vinicius Lopes. Otimização topológica de perda de carga utilizando CFD. 2020. 1 recurso online ( 89 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica , Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1640031. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1157513Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-12-03T13:46:45Zoai::1157513Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2020-12-03T13:46:45Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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