Abordagem mista de volumes finitos e elementos finitos para otimização topológica em escoamentos turbulentos

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dc.contributor.advisor1Romero Saenz, Juan Sergio
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4469-3692
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5239907504083223
dc.contributor.authorLima, Caio Patrick Picoli de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0009-0002-4851-1494
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/3835630925303451
dc.contributor.referee1Martins, Ramon Silva
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4905-1453
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0642654456195324
dc.contributor.referee2Alves, Marcus Vinicius Canhoto
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-0434-6159
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/5750452284147903
dc.contributor.referee3Vazzoler Junior, Hermes
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-7674-1356
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/5304698296429834
dc.date.accessioned2025-04-04T23:10:20Z
dc.date.available2025-04-04T23:10:20Z
dc.date.issued2025-02-21
dc.description.abstractOptimization is a well-known topic in popular imagination. Regarding engineering, geometry optimization is possibly the most widespread topic to the public, especially optimization of aircraft wings, and, as an example of this topic, there is the work of Muller (2021), that, through optimization, almost halved drag on the wing. Another interesting work was conducted by Zheng et al. (2021) in the optimization of the cooling system of a photovoltaic panel, in order to maximize its efficiency. Amongst all optimization methods, the one chosen for this work is the Topological Optimization Method, since it does not depend on a previous knowledge of the optimal geometry. Originally, this method was developed using the Finite Elements Method, which has limitations on flow solution. These limitations are overcome by using the Finite Volumes Method, although it has limitations that prevent its use on the Topological Optimization Method. The objective of this work is the development of the tool created by Lima, Aguiar e Romero (2024), which uses the Finite Volume Method and the Finite Element Method together for Topological Optimization, so that it optimizes turbulent flows. The solution of the flow was done using the software OpenFOAM®, the geometry optimization through custom code executed on Octave, and the automatization of this process was done by Bash Scripting. Once the optimization tests of a nozzle, a T bend, and a 90° knee had been conducted, qualitative analyses with the available literature were conducted. The results obtained were qualitatively identical to the reference geometries with smaller meshes, which shows that the tool is functional, although there is still space for improvement. Furthermore, the geometries resulting from the optimization of turbulent flows had a smaller pressure drop when compared to the geometries generated from the optimization of laminar f lows
dc.description.resumoOtimização é um tópico muito presente no imaginário popular. Com respeito à Engenharia, otimização de geometrias é possivelmente o tópico mais difundido entre o público geral, especialmente a respeito de otimização de perfis de asas de avião, e como exemplo deste tópico há o trabalho de Muller (2021), que por otimização reduziu o valor do arrasto quase pela metade. Outro trabalho interessante foi feito por Zheng et al. (2021), na otimização do sistema de refrigeração de placas fotovoltaicas a fim de maximizar a eficiência das placas. Dentre os vários métodos de otimização, o que será utilizado neste trabalho será o Método de Otimização Topológica, visto que ele não depende de um conhecimento prévio da geometria ótima. Originalmente, tal método foi desenvolvido a partir do Método dos Elementos Finitos, que apresenta limitações na solução de escoamentos. Tais limitações são superadas ao utilizar o Método dos Volumes Finitos, embora este apresente limitações que impedem seu uso para o Método de Otimização Topológica. O objetivo do presente trabalho é o desenvolvimento da ferramenta criada por Lima, Aguiar e Romero (2024), que utiliza o Método dos Volumes Finitos e o Método dos Elementos Finitos em conjunto para a Otimização Topológica, a fim de que ela otimize escoamentos turbulentos. A solução do escoamento foi realizada através do software OpenFOAM®, a otimização da geometria mediante rotinas personalizadas executadas no Octave e a automatização desse pro cesso foi feita por meio de Bash Scripting. Uma vez realizados os testes de otimização de um bocal, de uma curva T e de um joelho em 90°, análises qualitativas com a literatura disponível foram conduzidas. Os resultados obtidos foram qualitativamente idênticos às geometrias de referência com malhas muito menores, o que mostra que a ferramenta é funcional, embora ainda exista espaço para melhorias. Além disso, as geometrias resultantes da otimização dos escoamentos turbulentos apresentaram uma perda de carga menor quando comparados com às geometrias geradas na otimização de escoamentos laminares
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/19124
dc.languagepor
dc.language.isopt
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectFluidodinâmica computacional
dc.subjectTurbulência
dc.subjectMétodo dos elementos finitos
dc.subjectMétodo dos volumes finitos
dc.subjectMétodo de otimização topológica
dc.subjectComputational fluid dynamics
dc.subjectTurbulence
dc.subjectFinite elements method
dc.subjectTopological optimization method
dc.subjectFinite volumes method
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleAbordagem mista de volumes finitos e elementos finitos para otimização topológica em escoamentos turbulentos
dc.typemasterThesis
foaf.mboxcaioppl99@gmail.com
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