Defroster nozzle shape optimization using the continuous adjoint method

Γερμανού, Λευκή; Germanou, Lefki

dc.contributor.author	Γερμανού, Λευκή	el
dc.contributor.author	Germanou, Lefki	en
dc.date.accessioned	2016-07-01T12:54:00Z
dc.date.available	2016-07-01T12:54:00Z
dc.date.issued	2016-07-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42945
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.11571
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	ΥΡΔ	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση,	el
dc.subject	Συνεχής συζυγής μέθοδος	el
dc.subject	Μορφοποίηση	el
dc.subject	Αγωγός αποπαγοποίησης	el
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Continuous adjoint method	en
dc.subject	Shape morphing	en
dc.subject	Defroster nozzle	en
dc.title	Defroster nozzle shape optimization using the continuous adjoint method	en
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Βελτιστοποίηση μορφής αγωγού κλιματισμού αυτοκινήτου με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου	el
heal.classification	Mechanical engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-02-18
heal.abstract	This thesis presents the use of the continuous adjoint method, developed by the Parallel CFD & Optimization Unit of NTUA in the OpenFOAM environment, for the shape optimization of a passenger car defroster nozzle, including experimental validation performed at Toyota Motor Europe (TME). The defroster nozzle plays a major role in the demisting-defogging of the windshield, by blowing high velocity hot air jets supplied by the HVAC (heating, ventilation and air conditioning) unit of the vehicle. Since the basic performance requirements for a defroster nozzle are clear-up speed and clear-up pattern, the time required for dispelling condensation or frost on a windshield must be reasonable and the nozzle must have the capability to perform uniform defrosting from the bottom of the windshield to its top, so that it becomes clear without patches of condensation. In view of the above, an appropriate objective function, to be minimized, is the integral of the difference of the air velocity from a target (desirable) one over a thin control volume appropriately defined close to the windshield, inside the car cabin. To set up the optimization problem, the shape of an existing defroster nozzle is allowed to vary using a volumetric NURBS tool developed by NTUA; the latter is also used for deforming the computational mesh at each optimization cycle, by adapting it to the changed defroster shape. The CFD analysis is based on RANS, using the k-epsilon turbulence model. The optimization loop uses the gradient of the objective function with respect to the coordinates of the volumetric NURBS lattice, computed using the continuous adjoint method. Experimental tests performed to measure the actual velocity pattern on the windshield include velocity measurements with a hot-wire anemometer. A convincing comparison between CFD analysis and measurements is presented. Finally, the improved demisting performance of the geometry resulted from the adjoint optimization is validated experimentally, using rapid prototyping to manufacture the defroster nozzle.	en
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει τη χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου, που αναπτύχθηκε από τη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης του Τομέα Ρευστών του ΕΜΠ, στο περιβάλλον του λογισμικού OpenFOAM, για την βελτιστοποίηση μορφής ενός αγωγού κλιματισμού, ενός επιβατικού οχήματος, συμπεριλαμβανομένων πειραματικών δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν στην Toyota Motor Europe (TME). Ο συγκεκριμένος αγωγός κλιματισμού (αγωγός αποπαγοποίησης) διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη λειτουργία αποπαγοποίησης– αποθάμβωσης του ανεμοθώρακα (παρμπρίζ), φυσώντας προς αυτόν δεσμίδες θερμού αέρα υψηλής ταχύτητας, ο οποίος παρέχεται από την μονάδα κλιματισμού HVAC – heating, ventilation and air conditioning του οχήματος. Εφόσονοιβασικέςαπαιτήσειςαπόδοσης, μεκριτήριααποπαγοποίησης–αποθάμβωσης, για έναν αγωγό κλιματισμού είναι η ικανοποιητική ταχύτητα και η ομοιομορφία του μοτίβου καθαρισμού του παρμπρίζ, ο χρόνος που απαιτείται για την εξάλειψη συμπυκνώματος ή πάγου στην εσωτερική και εξωτερική του επιφάνεια αντίστοιχα πρέπει να είναι σε λογικά πλαίσια και ο αγωγός να έχει την ικανότητα ομοιόμορφης αποπαγοποίησης σε όλη την επιφάνεια του παρμπρίζ, ώστε να καθαρίζει χωρίς να αφήνει ‘κοιλίδες’ συμπυκνώματος. Με βάση τα παραπάνω, μία ενδεδειγμένη αντικειμενική συνάρτηση προς ελαχιστοποίηση είναι το ολοκλήρωμα της διαφοράς της ταχύτητας του αέρα από μία ταχύτητα στόχο (την επιθυμητή) σε έναν λεπτό όγκο που έχει οριστεί κατάλληλα κοντά στο παμπρίζ, εσωτερικά της καμπίνας του αυτοκινήτου. Για την επίλυση του προβλήματος βελτιστοποίησης, η γεωμετρία του υπάρχοντος αγωγού κλιματισμού μορφοποιείται χρησιμοποιώντας λογισμικό που βασίζεται τις ογκικές NURBS και έχει αναπτυχθεί από το ΕΜΠ. Το εργαλείο αυτό παραμετροποιεί τόσο το επιφανειακό όσο και το χωρικό κομμάτι του πλέγματος και τα παραμορφώνει ταυτόχρονα, σε κάθε κύκλο βελτιστοποίησης. Η ρευστοδυναμική ανάλυση υλοποιείται μέσω της αριθμητικής επίλυσης των RANS εξισώσεων μαζί με το k– μοντέλο τύρβης. Κατά την βελτιστοποίηση χρησιμοποιείται η κλίση της αντικειμενικής συνάρτησης ως προς τις συντεταγμένες των σημείων ελέγχου των ογκικών NURBS, που υπολογίζεται με χρήση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου. Οι πειραματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν με σκοπό την μέτρηση της κατανομής της ταχύτητας του αέρα στην εσωτερική πλευρά του ανεμοθώρακα περιλαμβάνουν μετρήσεις της ταχύτητας μέσω ενός ανεμομέτρου hot–wire. Παρουσιάζεται μία πειστική σύγκριση μεταξύ της ανάλυσης μέσω CFD και των μετρήσεων. Τελικά, η βελτιωμένη απόδοση κατά τη διαδικασία αποπαγοποίησης, της νέας γεωμετρίας, που προέκυψε από τη βελτιστοποίηση με τη συζυγή μέθοδο, επιβεβαιώνεται και πειραματικά μετά από κατασκευή του σχεδιασθέντος αγωγού κλιματισμού με διαδικασία ταχείας προτυποποίησης (rapid prototyping), με χρήση 3D εκτυπωτή. Μεγάλο τμήμα της διπλωματική εργασίας εκπονήθηκε στις εγκαταστάσεις της Toyota Motor Europe, στο Βέλγιο, υπότηνεκείεπίβλεψητουμηχανικού κ. A. Delacroix.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	90 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true