Αεροδυναμική βελτιστοποίηση μορφής σε ασυμπίεστες ροές με αβεβαιότητες, με τη μέθοδο των στατιστικών ροπών και τεχνικές προβολών. Προγραμματισμός και εφαρμογές, σε περιβάλλον OpenFoam

Φράγκος, Κίμων; Fragkos, Kimon

dc.contributor.author	Φράγκος, Κίμων	el
dc.contributor.author	Fragkos, Kimon	en
dc.date.accessioned	2017-09-11T10:44:06Z
dc.date.available	2017-09-11T10:44:06Z
dc.date.issued	2017-09-11
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45566
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14278
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	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση	el
dc.subject	OpenFOAM	el
dc.subject	Στιβαρός σχεδιασμός	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Αβεβαιότητες	el
dc.title	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση μορφής σε ασυμπίεστες ροές με αβεβαιότητες, με τη μέθοδο των στατιστικών ροπών και τεχνικές προβολών. Προγραμματισμός και εφαρμογές, σε περιβάλλον OpenFoam	el
dc.title	Aerodynamic shape optimization in incompressible flows under uncertainties using the method of statistical moments and projection techniques. Programming and implementation in OpenFOAM environment	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αεροδυναμική βελτιστοποίηση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-07
heal.abstract	Η διπλωματική αυτή εργασία επικεντρώνεται στην αεροδυναμική βελτιστοποίηση μορφής - αεροδυναμικό στιβαρό σχεδιασμό σε ασυμπίεστες, χρονικά μόνιμες, στρωτές ροές, οι οποίες διέπονται από αβεβαιότητες. Η ύπαρξη αβεβαιοτήτων εισάγεται στο πρόβλημα από τις λεγόμενες περιβαλλοντικές μεταβλητές. Η αντικειμενική συνάρτηση, την οποία θα βελτιστοποιούσε ο αλγόριθμος αν δεν υπήρχαν αβεβαιότητες, επηρεάζεται από αυτές. Η αβεβαιότητα μοντελοποιείται στατιστικά και ο υπολογισμός, της μέσης τιμής και της τυπικής απόκλισης της αντικειμενικής συνάρτησης γίνεται μέσω της μεθόδου των στατιστικών ροπών. Επειδή η μέθοδος που αναπτύσσεται διατηρεί μόνο τους πρώτους όρους από τα αναπτύγματα των στατιστικών ροπών καλείται FOSM (First-Order, Second-Moment). Ο όρος στιβαρός σχεδιασμός προέρχεται από το γεγονός ότι δημιουργείται μια συνολική αντικειμενική συνάρτηση, που λαμβάνει υπόψη της τη μέση τιμή και την τυπική απόκλιση. Αυτή καλείται αντικειμενική συνάρτηση στιβαρού σχεδιασμού. Επιλέγοντας ως διαδικασία βελτιστοποίησης μία μέθοδο βασισμένη στην κλίση της αντικειμενικής συνάρτησης στιβαρού σχεδιασμού, προκύπτει η απαίτηση για τον υπολογισμό έως και δεύτερων μεικτών παραγώγων (μεικτών, ως προς τις μεταβλητές σχεδιασμού και τις περιβαλλοντικές μεταβλητές) . Ο υπολογισμός αυτός γίνεται μέσω μιας μεθόδου προβολής εξισώσεων η οποία μειώνει αισθητά το απαιτούμενο υπολογιστικό κόστος. Η γενική διαδικασία βελτιστοποίησης προγραμματίστηκε στο περιβάλλον του ελεύθερου λογισμικού OpenFOAM και εφαρμόστηκε για δύο διαφορετικές αντικειμενικές συναρτήσεις. Η πρώτη μελέτη αφορούσε τη συνάρτηση της γωνίας-στόχου για πτερύγωση συμπιεστή ενώ η δεύτερη την ελαχιστοποίηση ολικών απωλειών πίεσης σε αγωγό. Πρωταρχικό μέλημα της εργασίας είναι ο προγραμματισμός του σχετικού λογισμικού, η πιστοποίηση όλων των απαιτούμενων παραγώγων και η σύγκριση των αποτελεσμάτων της μεθόδου του FOSM με αντίστοιχες μεθόδους (Μη-Επεμβατικού Αναπτύγματος Πολυωνυμικού Χάους 1ης και 2ης Τάξης καθώς και της μεθόδου Δεύτερης-Τάξης Δεύτερης-Ροπής (SOSM)). Το εξαιρετικό πλεονέκτημα της μεθόδου που εξετάζεται είναι η οικονομία, μιας και έχει υπολογιστικό κόστος ανεξάρτητο τόσο των μεταβλητών σχεδιασμού όσο και του πλήθους των περιβαλλοντικών μεταβλητών. Έτσι για κάθε κύκλος βελτιστοποίησης κοστίζει περίπου όσο 4 ισοδύναμες επιλύσεις της ροής.	el
heal.abstract	This diploma thesis focuses on aerodynamic shape optimization - robust design for incompressible, steady state, laminar flows under uncertainties. Uncertainties are introduced through the so-called environmental variables. The objective function, used to solve the problem in the abscence of uncertainties, is influenced by the stochastically varying environmental variables. Uncertainty is modeled using the theory of statistics and, therefore, the computation of the mean value and standard deviation of the deterministic objective function is performed using the method of statistical moments. Due to the fact, that the method handles only first-order terms this will be reffered to as FOSM (First-Order Second-Moment). Robust design makes use of an objective function that takes into consideration both mean value and standard deviation. This expression is called robust design objective function. Choosing a procedure which is based on the gradient of the robust design objective function requires the computation up to second order mixed derivatives (mixed with respect to both design and environmental variables). This computation is based on a projection method that reduces significantly the computational cost. The whole optimization procedure was programmed in the OpenFOAM open source software and implemented in two test problems. The first study was about the target exit angle objective function in a compressor stator cascade, whereas the second was about the total pressure losses in a duct. Primary concern of this diploma thesis is the programming of a software and the assessment of the computed derivatives, as well as the comparison of the results of the FOSM method with alternative methods such as the Non-Intrusive Polynomial Chaos Expansion 1st and 2nd Order, and the Second-Order Second-Moment (SOSM). The substantial advantage of this method is the low computational cost, which is independent of the number of the design and the environmental variables. Therefore, each optimization cycle costs as much as four equivalent flow solutions.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	98 σ.
heal.fullTextAvailability	true