Η συνεχής συζυγής μέθοδος στον έλεγχο ροής με δέσμες ρευστού στο OpenFOAM - Εφαρμογή σε πρόβλημα μεταφοράς θερμότητας

Κατσαρός, Ιωάννης - Κίμων; Katsaros, Ioannis-kimon

dc.contributor.author	Κατσαρός, Ιωάννης - Κίμων	el
dc.contributor.author	Katsaros, Ioannis-kimon	en
dc.date.accessioned	2017-02-01T12:52:11Z
dc.date.available	2017-02-01T12:52:11Z
dc.date.issued	2017-02-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44280
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13682
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	Συζυγής μέθοδος	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Δέσμες	el
dc.subject	Θερμότητα	el
dc.subject	OpenFOAM	en
dc.subject	Adjoint method	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Jets	en
dc.subject	Heat	en
dc.title	Η συνεχής συζυγής μέθοδος στον έλεγχο ροής με δέσμες ρευστού στο OpenFOAM - Εφαρμογή σε πρόβλημα μεταφοράς θερμότητας	el
dc.title	The continuous adjoint method on flow control with fluid jets in OpenFOAM– application in a heat transfer problem	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ρευστοδυναμική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/37e35b0619317de7194c2415b0e15cc6e73933d7
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-11
heal.abstract	Σκοπός της διπλωματικής αυτής εργασίας είναι ο προγραμματισμός και η εφαρμογή της συνεχούς συζυγούς μεθόδου (continuous adjoint method) για τον βέλτιστο έλεγχο ροής μέσω δεσμών ρευστού (jets) σε συγκεκριμένη διάταξη, με κριτήριο τη μέγιστη μεταφορά θερμότητας μέσω κινούμενου τοιχώματος. Η προς μελέτη διάταξη είναι κοιλότητα τετραγωνικής μορφής με κινούμενο άνω τοίχωμα (lid-driven cavity) η οποία περικλείει ρευστό συγκεκριμένων ιδιοτήτων. Στο χωρίο δημιουργείται μεταφορά θερμότητας λόγω της θερμοκρασιακής διαφοράς των δύο οριζόντιων τοιχωμάτων. Με σκοπό τη μεγιστοποίηση της ροής θερμότητας μέσω του άνω κινούμενου τοιχώματος εφαρμόζεται έλεγχος μέσω χρονικά μη-μεταβαλλόμενων δεσμών του ίδιου ρευστού, οι οποίες δημιουργούν μια δευτερεύουσα ροή εσωτερικά της κοιλότητας. Οι δέσμες εισέρχονται ή εξέρχονται από οπές στα δύο κατακόρυφα τοιχώματα του χωρίου. Οι θέσεις εισόδου και εξόδου των δεσμών αποτελούν τις μεταβλητές σχεδιασμού του προβλήματος. Αυτό που αποτέλεσε την ουσιαστική πρόκληση και στο οποίο εφαρμόστηκε μια πρωτότυπη αντιμετώπιση σε αυτή την εργασία, ήταν ο τρόπος με τον οποίο μοντελοποιήθηκαν οι θέσεις των δεσμών στα τοιχώματα, ώστε να μπορούν αυτές να αλλάζουν αυτόματα σε κάθε κύκλο βελτιστοποίησης, μετακινώντας στην ουσία τις δύο δέσμες κατακόρυφα. Ο τρόπος που επιλέχθηκε και προγραμματίσθηκε είναι ικανός να αντιμετωπίσει οποιοδήποτε συναφές πρόβλημα όπου στα όρια υπάρχει απότομη μεταβολή της οριακής συνθήκης, η οποία ως μη-διαφορίσιμη καθιστά θεωρητικά αδύνατη την υλοποίηση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου. Ο προγραμματισμός και η υλοποίηση της συνεχούς συζυγούς μεθόδου πραγματοποιήθηκε στο ανοικτό λογισμικό OpenFOAM. Για να γίνει αυτό, αρχικά πραγματοποιήθηκε η μαθηματική διατύπωση της, όπως αυτή αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο πρόβλημα. Πιο συγκεκριμένα, αφού ορίστηκαν και μοντελοποιήθηκαν κατάλληλα οι οριακές συνθήκες του ευθέος προβλήματος, αναπτύχθηκε η μέθοδος με αποτέλεσμα την εξαγωγή των συζυγών πεδιακών εξισώσεων, των συζυγών οριακών συνθηκών και των παραγώγων ευαισθησίας. Οι τελευταίες χρησιμοποιήθηκαν σε βρόχο βελτιστοποίησης βασισμένο στη μέθοδο της απότομης καθόδου με σκοπό την ανανέωση των μεταβλητών σχεδιασμού σε κάθε κύκλο βελτιστοποίησης. Προγραμματίστηκε το λογισμικό, με σκοπό την επίλυση των πρωτευουσών και των συζυγών εξισώσεων ροής, τον υπολογισμό των παραγώγων ευαισθησίας και την ανανέωση των μεταβλητών σχεδιασμού, έως ότου επιτευχθεί σύγκλιση. Επίσης προγραμματίστηκε ο τρόπος επιβολής των οριακών συνθηκών του προβλήματος καθώς αυτές δεν υπήρχαν στην επιθυμητή μορφή στο περιβάλλον OpenFOAM. Πριν την τελική χρήση του αλγορίθμου, πραγματοποιήθηκε μια σειρά χρήσιμων διερευνήσεων ώστε να βεβαιωθεί η λειτουργικότητα και η ακρίβεια της μεθόδου. Συγκεκριμένα, έγινε παραμετρική μελέτη της αντικειμενικής συνάρτησης συναρτήσει των δύο μεταβλητών σχεδιασμού, ενός συντελεστή που υπεισέρχεται στην επιβολή των οριακών συνθηκών καθώς και της κατεύθυνσης των δεσμών. Εκτός αυτών, ελέγχθηκε και το ενεργειακό ισοζύγιο της διάταξης. Τέλος, εκτελέστηκε ο αλγόριθμος και εντοπίστηκε η βέλτιστη λύση του προβλήματος.	el
heal.abstract	The aim of this diploma thesis is the programming and the application of the continuous adjoint method for the design -optimization of an optimal flow control system based on steady jets, in a cavity, aiming at the maximization of the heat transfer from its sliding wall. The analyzed configuration is a rectangular lid -driven cavity, enclosing fluid of specific properties. Inside the cavity, heat transfer is the result of the temperature difference between the two horizontal walls. In order to maximize the heat flux through the upper sliding wall, flow control through steady jets of the same fluid is used; this creates a secondary flow into the cavity and affects heat transfer. The jets are going in and out through holes on the two vertical walls. The jets’ inlet’s and outlet’s positions comprise the design variables. The substantial challenge, for which an innovative solution is proposed in this thesis, was the way in which the jets’ positions along the walls are modelled, so they could be changed in each optimization loop automatically, by changing their location in the vertical direction. A similar technique can be used in any problem in which there is an abrupt change in the type of boundary conditions which theoretically makes the development of the adjoint method impossible. The mathematical analysis was initially developed, for this particular problem and objective function. More specifically, after defining and modelling the boundary conditions of the primal problem, the field adjoint equations, the adjoint boundary conditions and the sensitivity derivatives were derived. The latter were used in the optimization workflow based on the steepest descent method in order to update the design variables in each optimization loop. The algorithm was programmed in the OpenFOAM environment, where the primal and adjoint equations were solved, the sensitivity derivatives were computed and the design variables were updated, until convergence was reached. Before the final execution of the algorithm, a series of useful investigations were conducted, for the functionality and accuracy of the method to be assessed. In specific, parametric studies related to the two design variables and to a parameter used to impose the boundary conditions were conducted. Besides, the energy balance of the problem was verified.Finally, the programmed method was executed and the optimal solution to the problem was obtained.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος, Νικόλαος, Κυριάκος Χ. Αρετάκης, Γιαννάκογλου	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	103 σ.
heal.fullTextAvailability	true