Συμβολή στη βελτιστοποίηση μορφής του γενικευμένου μοντέλου αυτοκινήτου DrivAer, με χρήση συζυγών μεθόδων και OpenFOAM

Πατέλης, Κωνσταντίνος; Patelis, Konstantinos

dc.contributor.author	Πατέλης, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Patelis, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2016-02-09T11:44:17Z
dc.date.available	2016-02-09T11:44:17Z
dc.date.issued	2016-02-09
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41961
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.10305
dc.rights	Default License
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Συζυγής μέθοδος	el
dc.subject	DrivAer	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Adjoint methods	en
dc.subject	OpenFOAM	en
dc.subject	b-splines	en
dc.subject	Αυτοκίνητα	el
dc.subject	Παραμετροποίηση	el
dc.subject	Μορφοποίηση	el
dc.title	Συμβολή στη βελτιστοποίηση μορφής του γενικευμένου μοντέλου αυτοκινήτου DrivAer, με χρήση συζυγών μεθόδων και OpenFOAM	el
dc.title	Contribution to the aerodynamic optimization of the DrivAer generic car model using continuous adjoint methods and OpenFOAM	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Βελτιστοποίηση μορφής	el
heal.classification	Συζυγής μέθοδος	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Adjoint method	en
heal.classification	Shape optimization	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-08
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η προσαρμογή υπάρχουσας μεθόδου και αντίστοιχου λογισμικού που έχει αναπτυχθεί στη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του Εργαστηρίου Θερμικών Στροβιλομηχανών (ΜΠΥΡ&Β/ΕΘΣ) του ΕΜΠ, για χρήση κατά την αεροδυναμική βελτιστοποίηση ενός γενικευμένου μοντέλου αυτοκινήτου, του DrivAer. Το DrivAer αποτελεί μία προσπάθεια να γεφυρωθεί το χάσμα ανάμεσα στα εξαιρετικά απλοποιημένα γενικευμένα μοντέλα που χρησιμοποιούνται στις αεροδυναμικές μελέτες και στην περιορισμένη εφαρμογή των αποτελεσμάτων μιας αεροδυναμικής μελέτης που εφαρμόστηκε σε ένα συγκεκριμένο μοντέλο της παραγωγής χάρη στο γεγονός ότι είναι διαμορφώσιμο και, άρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μια πληθώρα αεροδυναμικών μελετών και βελτιστοποιήσεων. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από τη μελέτη του συγκεκριμένου μοντέλου μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια για τη βελτιστοποίηση πραγματικών οχημάτων της παραγωγής. Στη διπλωματική αυτή εργασία παρουσιάζονται διαφορετικές διαμορφώσεις του DrivAer, στις οποίες πραγματοποιούνται βασικές αεροδυναμικές μελέτες. Στη συνέχεια, επιλέγεται μία από τις διαμορφώσεις αυτές στην οποία επικεντρώθηκε η προσπάθεια της αεροδυναμικής βελτιστοποίησης. Παρουσιάζονται τα βήματα που διέπουν τη διαδικασία της αεροδυναμικής βελτιστοποίησης και τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής εργασίας με τελικό στόχο τη μείωση της οπισθέλκουσας του οχήματος. Βασικό εργαλείο για την πραγματοποίηση της αρχικής αεροδυναμικής μελέτης αποτέλεσε το ανοιχτό λογισμικό OpenFOAM και βασικά εργαλεία βελτιστοποίησης αποτέλεσαν το λογισμικό συνεχών συζυγών μεθόδων για ασυμπίεστη τυρβώδη ροή και το λογισμικό μορφοποίησης πλέγματος με χρήση ογκομετρικών καμπυλών b-splines, που έχουν αναπτυχθεί από τη ΜΠΥΡ&Β/ΕΘΣ σε περιβάλλον OpenFOAM. Η συνεχής συζυγής μέθοδος υπολογίζει τις παραγώγους ευαισθησίας και παράγει τον χάρτη ευαισθησίας, δηλαδή το "χρωματισμό" της επιφάνειας του αυτοκινήτου που δείχνει την ένταση της παραγώγου της αντικειμενικής συνάρτησης, εδώ του συντελεστή οπισθέλκουσας, ως προς την κάθετη μετατόπιση κάθε σημείου της επιφάνειας αυτής. Με βάση αυτήν την πληροφορία επιλέχθηκαν από τον γράφοντα οι περιοχές στις οποίες επικεντρώνεται η προσπάθεια βελτιστοποίησης και στις οποίες εφαρμόζεται παραμετροποίηση με χρήση ογκομετρικών b-splines. Αρχικά, ο γράφων απέκτησε μία εξοικείωση με τη θεωρία και την εφαρμογή των ογκομετρικών b-splines μελετώντας και αναπτύσσοντας λογισμικό παραμετροποίησης σημείων βασισμένο σε αυτές. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό μορφοποίησης πλέγματος που έχει αναπτυχθεί από τη ΜΠΥΡ&Β καθώς είναι προσαρμοσμένο να λειτουργεί στο περιβάλλον του OpenFOAM αλλά και να συνδυάζεται με το λογισμικό συνεχών συζυγών μεθόδων. Με χρήση των παραπάνω εργαλείων τα παραμετροποιημένα σημεία της επιφάνειας μετακινούνται με βάση τις παραγώγους ευαισθησίας και τελικά παράγεται μια νέα, βελτιωμένη επιφάνεια με μικρότερο συντελεστή οπισθέλκουσας. Αρχικά, για περαιτέρω εξοικείωση, η διαδικασία εφαρμόστηκε σε πιο απλές γεωμετρίες και, στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκε και στο αυτοκίνητο που μελετάται. Διερευνήθηκαν διάφορες περιοχές της επιφάνειας του αυτοκινήτου και το κατά πόσο η εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων σε αυτές αποτελούν βελτίωση του αρχικού μοντέλου.	el
heal.abstract	The aim of this diploma thesis is to adapt an existing method and its corresponding software, developed by Parallel CFD & Optimization Unit of the Laboratory of Thermal Turbomachinery (PCOpt/LTT) of NTUA, for use in the aerodynamic optimization of a generic car model, the DrivAer. DrivAer is an attempt to bridge the gap between the extremely simplified generic car models used in aerodynamic studies and the limited application of results obtained by an aerodynamic study applied to a particular production vehicle thanks to the fact that it is configurable and therefore can be used in a plurality of aerodynamic research cases and optimization. The results obtained by studying this model can then be applied to optimize actual production vehicles. The thesis presents different configurations of DrivAer, upon which basic aerodynamic studies are performed. One of these configurations is then selected in which the effort of aerodynamic optimization is focused. The steps governing the process of aerodynamic optimization are presented with the ultimate aim of reducing the drag of the vehicle. A key tool used to conduct the initial aerodynamic study is the open source software OpenFOAM and basic optimization tools are the continuous adjoint methods software for incompressible, turbulent flow and the grid morphing software using volumetric b-splines, both of which were developed by the PCOpt/LTT in the OpenFOAM environment. The continuous adjoint method computes the sensitivity derivatives and generates the sensitivity map, which is a "coloration" of the surface of the vehicle showing the intensity of the derivative of the objective function, here the drag coefficient with respect to the perpendicular displacement of each point of the car’s surface. Based on this information the areas upon which the optimization attempt are selected by the writer of this thesis and are then parameterized using volumetric b-splines. Initially, the author acquired a familiarity with the theory and application of volumetric b-splines studying and developing points parameterization software based on that theory. The grid morphing software developed by the PCOpt is then used as it is adapted to operate in the OpenFOAM environment as well as capable of combining with the above mentioned continuous adjoint methods software. Using the above tools, the parameterized points of a surface are moved as is dictated by the sensitivity derivatives and, thus, a new, improved surface is produced, the drag coefficient of which is reduced, compared to the initial surface. Initially, to increase familiarity with the procedure, the process was applied to simpler geometries and then to the more complex car geometry. Different areas of the surface of the car and whether the implementation of the above methods provides an improvement to the initial car model are explored.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	105 σ.
heal.fullTextAvailability	true